CN110065950A - 基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土 - Google Patents
基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110065950A CN110065950A CN201910371665.6A CN201910371665A CN110065950A CN 110065950 A CN110065950 A CN 110065950A CN 201910371665 A CN201910371665 A CN 201910371665A CN 110065950 A CN110065950 A CN 110065950A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- soft clay
- lithium metasilicate
- metasilicate magnesium
- distilled water
- transparent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004927 clay Substances 0.000 title claims abstract description 126
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N lithium metasilicate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])=O PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- 229910052912 lithium silicate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 82
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 82
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000009533 lab test Methods 0.000 abstract description 7
- 238000012800 visualization Methods 0.000 abstract description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- XCOBTUNSZUJCDH-UHFFFAOYSA-B lithium magnesium sodium silicate Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Na+].[Na+].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3 XCOBTUNSZUJCDH-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229940094522 laponite Drugs 0.000 description 5
- GCICAPWZNUIIDV-UHFFFAOYSA-N lithium magnesium Chemical compound [Li].[Mg] GCICAPWZNUIIDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- KWLMIXQRALPRBC-UHFFFAOYSA-L hectorite Chemical compound [Li+].[OH-].[OH-].[Na+].[Mg+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O[Si]([O-])(O1)O[Si]1([O-])O2 KWLMIXQRALPRBC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000271 hectorite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000000917 particle-image velocimetry Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/36—Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
- C01B33/38—Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type
- C01B33/40—Clays
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/60—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
本发明提出了一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土，涉及工程地质软黏土的技术领域。本发明包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的质量比为3.5‑6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800‑1200r/min，搅拌5‑20min；静置，固结，得透明软黏土。本发明的透明软黏土黏结性好、强度低、渗透系数小，物理力学指标与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土；透明度高，用作天然软黏土的透明替代材料进行物理模型试验等室内试验，实现了模型试验的可视化；制备方法简单，绿色环保，性价比高，便于推广。
Description
技术领域
本发明涉及工程地质软黏土的技术领域，特别是指一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土。
背景技术
土体变形是土体力学研究的重要问题之一，在工程地质或岩土工程领域通常采用物理模型方法进行模拟试验，通过这种模型试验研究土体内部变形规律和机理，对探索工程地质和岩土工程问题本质具有重要意义。这些物理模型试验通常需要研究土体内部的变化，如土体内部二维或三维位移、土体内部流体运移路径以及土体内部裂纹扩展等。
物理模型试验通常需要在顶部架设位移传感器，或者在土体内部埋设一定数量的位移传感器，得到某些离散点的位移。但由于土体不可能可视化，试验结果不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现对土体内部变形的可视化。利用X-射线、γ-射线、计算机层析扫描(CAT扫描)以及磁共振成像技术(MRI)虽然可以用来测量土体内部的变形于位移，但是，其昂贵的试验费用限制了这些技术的广泛应用。
利用人工合成透明土结合光学观测和图像处理技术可以实现土体内部变形的可视化，其费用低廉，操作简便；但是，这种方法的前提是获得透明度较高且性质与天然土体相似的人工合成透明土。目前，已有采用不同材料来制配透明土，并得到了一些成果，但是，这些透明土的透明度效果有限，可穿透的透明厚度有限，从而无法在相对大一点的模型中进行试验，影响模型试验结果的可靠性和可推广性；而且，现有方法制备的透明土均是透明岩体或透明弱胶结砂土，其黏聚性差，无法真正模拟天然软黏土，尤其是海洋软黏土；并且，其透明度低，无法真正实现对天然软黏土的内部变形的可视化研究。
发明内容
本发明提出一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土，解决了现有技术中人工透明土的黏聚性差和渗透系数大，无法真正模拟天然软黏土的问题。
本发明的一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其技术方案是这样实现的：包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的质量比为3.5-6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌5-20min；静置，固结，得透明软黏土。
本发明在透明软黏土的制备过程中采用硅酸锂镁作为固体材料，通过硅酸锂镁与蒸馏水制备透明软黏土；所得的透明软黏土的黏结性好，物理性能与天然软黏土类似，真正模拟了天然软黏土，而且，透明度高，可以用作天然软黏土的透明替代材料进行物理模型试验等室内试验，特别适合替代天然海洋软黏土，实现了模型试验的可视化；例如：采用该天然软黏土透明替代材料，可以实现模型实验中土体内部三维变形位移的可视化，并可进一步借助PIV(粒子图像测速法)或DIC(数字图像相关)等图像处理技术将位移定量化；还可以利用该天然软黏土透明替代材料实现模型试验中流体运移路径的可视化。
本发明的透明软黏土的制备方法以硅酸锂镁为原料，在蒸馏水的作用下，通过搅拌制备而成，其制备方法简单，所用原料均为无机化合物，没有使用有机溶剂，也没有有机化合物的产生，对环境和操作人员均无毒、无害，绿色环保，成本低，易于制备，对设备无特殊要求，性价比高，便于推广。本发明的硅酸锂镁和蒸馏水混合物，随搅拌时间的增加，黏度升高，待混合物黏度增长至内部开始形成少量不可消散的气泡时，停止搅拌，一般搅拌时间控制在5-20min为宜；通常情况下，硅酸锂镁的用量越高，所需搅拌时间越短。另外，本发明在静置固结过程中以及固结完成保存时，需将润湿的薄纱布覆在该天然软黏土透明替代材料的表面上，并用保鲜膜密封，防止所得到的天然软黏土透明替代材料干裂。
作为一种优选的实施方案，所述硅酸锂镁向蒸馏水中的添加速度为5-15g/s。硅酸锂镁在整理水中的添加速度不宜过快，而且，需要边搅拌边添加，快速倒入或者完全倒入硅酸锂镁之后，再搅拌，会导致搅拌不均匀，最终降低透明度。
作为一种优选的实施方案，所述硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中的搅拌速度为500-1000r/min。硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中需要不断地对蒸馏水进行搅拌，加入到蒸馏水之后的硅酸锂镁快速分散，搅拌均匀，同时，此时的搅拌速度不宜过大，防止硅酸锂镁在添加过程中被过大的搅拌速度带出，造成物料的浪费和所得透明软黏土黏度的变化；待硅酸锂镁完全加入蒸馏水之后，再提高搅拌速度，此时的搅拌速度以硅酸锂镁和蒸馏水的混合物既不溢出，并且其内部也不产生气泡为宜。
作为一种优选的实施方案，所述静置的时间为24-48h。搅拌完毕之后，将硅酸锂镁和蒸馏水的混合物倒入容器中并在室内静置固结，可形成软黏土透明替代材料，若内含少量气泡，在静置约24-48小时后可固结消散；若混合物中含有较大体积的气泡，可用针头细长的注射器吸出。
作为一种优选的实施方案，所述硅酸锂镁的粒径大小为20-30nm，密度为0.9-1.1g/cm3，折射率为1.3-1.8。本发明在透明软黏土的制备过程中使用的是蒸馏水，蒸馏水不含电解质等多种杂质，制备过程中不发生反应影响透明度，故而所得的透明软黏土透明度高，其透明度远远超过自来水制备的透明软黏土；根据被替代的天然软黏土的类型，调整硅酸锂镁与蒸馏水的质量比，从而得到不同强度的天然软黏土；软黏土强度较高时，硅酸锂镁的用量多；软黏土强度较低时，硅酸锂镁的用量少。
作为一种优选的实施方案，所述硅酸锂镁的比表面积为370m2/g，密度为1.1g/cm3，折射率为1.5。硅酸锂镁具有增稠性和触变性，并且，吸附能力强，其与蒸馏水混合之后，随着搅拌时间的延长，其黏度逐渐增大；硅酸锂镁为白色粉末，主要成分为二氧化硅、氧化镁、氧化钠和氧化锂，又称为锂藻土、锂皂石或锂皂土，英文名称是hectorite，产品具有很多型号，例如：Laponite RD、Laponite RDS、Laponite XLG、Laponite XLS、Laponite S482等，LAPONITE系列产品不溶于水，在搅拌条件下很容易分散在水中，水合形成无色透明的凝胶物质。
本发明的一种透明软黏土，其技术方案是这样实现的：所述透明软黏土是根据上面任意一项所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法制备而成的。本发明的透明软黏土的黏结性好，其内部颗粒之间的黏结力大，强度低，渗透系数小，物理力学性能与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土，而且，透明度高，是天然软黏土的重要透明替代材料，原料绿色环保，没有有机物质参与和产生，使用安全，可以很好地进行物理模型试验等室内试验，实现了模型试验的可视化。
作为一种优选的实施方案，所述透明软黏土的密度为1.0-1.1g/cm3，泊松比为0.4-0.5。自然界中存在的天然软黏土的密度为1.0-1.5g/cm3，泊松比为0.4-0.5；本发明的透明软黏土的密度、泊松比均与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土，是天然软黏土的重要透明替代材料，可以进行可视化的模型试验等室内试验。泊松比是土体横向正应变与轴向正应变比值的绝对值，它是反映土体横向变形的弹性常数。
作为一种优选的实施方案，所述透明软黏土的剪切强度低于10KPa，内摩擦角小于15°，渗透系数的数量级为10-6-10-7cm/s。自然界中存在的天然软黏土的剪切强度一般低于10KPa；剪切强度是指材料承受剪切应力的能力，海洋软黏土的剪切强度比一般土体及软黏土要低。内摩擦角是衡量土体抗剪强度的另一个指标，海洋软黏土的内摩擦角比一般土体及软黏土要低。渗透系数为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过土体孔隙骨架的难易程度，海洋软黏土的渗透系数比一般土体及软黏土要低。本发明的透明软黏土的剪切强度、内摩擦角、渗透系数与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土，用于可视化的模型试验等室内试验。
作为一种优选的实施方案，所述透明软黏土的剪切强度低于2KPa，内摩擦角为5-8°，渗透系数的数量级为10-7cm/s。表层海洋软黏土的剪切强度低于5KPa，通常还低于2KPa，内摩擦角低于8°，通常为5-8°，渗透系数的数量级为10-7cm/s。本发明的透明软黏土的剪切强度、内摩擦角、渗透系数也与天然海洋软黏土类似，可以模拟天然海洋软黏土，用于可视化的模型试验等室内试验。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在透明软黏土的制备过程中采用硅酸锂镁作为固体材料，通过硅酸锂镁与蒸馏水混合搅拌制备透明软黏土；所得的透明软黏土的黏结性好，内部颗粒之间的黏结力大，物理力学性能与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土，而且，透明度高，是天然软黏土的重要透明替代材料，特别适合替代天然海洋软黏土，可以用作天然软黏土的透明替代材料进行物理模型试验等室内试验，实现了模型试验的可视化；其制备方法简单，所用原料均为无机化合物，没有使用有机溶剂，也没有有机化合物的产生，对环境和操作人员均无毒、无害，绿色环保，使用安全，成本低，对设备无特殊要求，易于制备，性价比高，便于推广。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的质量比为3.5-6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌5-20min；静置，固结，得透明软黏土。
优选地，所述硅酸锂镁向蒸馏水中的添加速度为5-15g/s。
具体地，所述硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中的搅拌速度为500-1000r/min。
进一步地，所述静置的时间为24-48h。
再次优选地，所述硅酸锂镁的粒径大小为20-30nm，密度为0.9-1.1g/cm3，折射率为1.3-1.8。
再具体地，所述硅酸锂镁的比表面积为370m2/g，密度为1.1g/cm3，折射率为1.5。
本发明的一种透明软黏土，所述透明软黏土是根据上面任意一项所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法制备而成的。
进一步地，所述透明软黏土的密度为1.0-1.1g/cm3，泊松比为0.4-0.5。
再进一步地，所述透明软黏土的剪切强度低于10KPa，内摩擦角小于15°，渗透系数的数量级为10-6-10-7cm/s。
具体地，所述透明软黏土的剪切强度低于2KPa，内摩擦角为5-8°，渗透系数的数量级为10-7cm/s。
实施例一
本发明的一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁和蒸馏水的质量比为3.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为1200r/min，搅拌20min；静置，固结，得透明软黏土。
实施例二
本发明的一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁的粒径大小为25nm，密度为1.0g/cm3，折射率为1.8，硅酸锂镁和蒸馏水的质量比为5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁向蒸馏水中的添加速度为15g/s，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态，搅拌速度为1000r/min；添加完毕之后，继续搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌10min；静置24h，固结，得透明软黏土。
实施例三
本发明的一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，包括以下步骤：取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁的粒径大小为30nm，密度为0.9g/cm3，比表面积为370m2/g，硅酸锂镁和蒸馏水的质量比为6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁向蒸馏水中的添加速度为5g/s，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态，搅拌速度为500r/min；添加完毕之后，继续搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌5min；静置48h，固结，得透明软黏土。
将本发明实施例一至实施例三所得的透明软黏土以及现有的天然软黏土、天然海洋软黏土和现有人工透明土分别进行物理性质和力学性质测试对比，包括密度、剪切强度、内摩擦角和渗透系数，其中，密度的测定方法是环刀法，泊松比测定了土体横向正应变与轴向正应变比值的绝对值，剪切强度测定了十字板剪切强度，渗透系数量级的测定方法是变水头法，实验结果如表1所示。
由表1可以看出，本发明所得到的透明软黏土的物理性质中，密度在1.0-1.1g/cm3之间，泊松比为0.4-0.5，这与天然软黏土的物理性质接近，接近于天然海洋软黏土；本发明所得到的透明软黏土的力学性质中，剪切强度很低，均低于1-2KPa，内摩擦角为5-8°，渗透系数的数量级为10-7cm/s；这也与天然软黏土的性质相似，特别接近于天然海洋软黏土。但是，已有的透明土制备方法得到的透明土与砂土性质更为相似，无法模拟软黏土。因此，本发明制备的透明土性质与软黏土接近，尤其是海洋软黏土。
表1不同软黏土的性能指标
因此，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在透明软黏土的制备过程中采用硅酸锂镁作为透明固体材料，通过硅酸锂镁与蒸馏水混合搅拌制备透明软黏土；所得的透明软黏土物理力学性能与天然软黏土类似，可以模拟天然软黏土，尤其是海洋软黏土；而且，透明度高，是天然软黏土的重要透明替代材料，特别适合替代天然海洋软黏土，可以用作天然软黏土的透明替代材料进行物理模型试验等室内试验，实现了模型试验的可视化；其制备方法简单，所用原料均为无机化合物，没有使用有机溶剂，也没有有机化合物的产生，对环境和操作人员均无毒、无害，绿色环保，使用安全，成本低，对设备无特殊要求，易于制备，性价比高，便于推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取硅酸锂镁和蒸馏水，硅酸锂镁与蒸馏水的质量比为3.5-6.5:100，将硅酸锂镁缓慢加入蒸馏水中，硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中，蒸馏水一直处于搅拌状态；继续搅拌，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌5-20min；静置，固结，得透明软黏土。
2.根据权利要求1所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：
所述硅酸锂镁向蒸馏水中的添加速度为5-15g/s。
3.根据权利要求1所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：
所述硅酸锂镁加入蒸馏水的过程中的搅拌速度为500-1000r/min。
4.根据权利要求1所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：
所述静置的时间为24-48h。
5.根据权利要求1所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：
所述硅酸锂镁的粒径大小为20-30nm，密度为0.9-1.1g/cm3，折射率为1.3-1.8。
6.根据权利要求5所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：
所述硅酸锂镁的比表面积为370m2/g，密度为1.0g/cm3，折射率为1.5。
7.一种透明软黏土，其特征在于：
所述透明软黏土是根据权利要求1-6中任意一项所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法制备而成的。
8.根据权利要求7所述的透明软黏土，其特征在于：
所述透明软黏土的密度为1.0-1.1g/cm3，泊松比为0.4-0.5。
9.根据权利要求7所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：
所述透明软黏土的剪切强度低于10KPa，内摩擦角小于15°，渗透系数的数量级为10-6-10-7cm/s。
10.根据权利要求9所述的基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法，其特征在于：
所述透明软黏土的剪切强度低于2KPa，内摩擦角为5-8°，渗透系数的数量级为10-7cm/s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910371665.6A CN110065950A (zh) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | 基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910371665.6A CN110065950A (zh) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | 基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110065950A true CN110065950A (zh) | 2019-07-30 |
Family
ID=67370207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910371665.6A Pending CN110065950A (zh) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | 基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110065950A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113295497A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-24 | 辽宁工程技术大学 | 一种成层透明黏土的制备方法 |
| CN115197680A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-10-18 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种可视化模拟工作液及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104341556A (zh) * | 2014-10-10 | 2015-02-11 | 齐鲁工业大学 | 一种高强度双网络纳米锂皂石复合水凝胶的制备方法 |
| CN105131309A (zh) * | 2015-09-21 | 2015-12-09 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 聚合物/人工合成的硅酸锂镁纳米复合乳胶粒子分散液及其制备方法 |
| CN109575490A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-05 | 河海大学 | 一种透明黏土及其制备方法 |
-
2019
- 2019-05-06 CN CN201910371665.6A patent/CN110065950A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104341556A (zh) * | 2014-10-10 | 2015-02-11 | 齐鲁工业大学 | 一种高强度双网络纳米锂皂石复合水凝胶的制备方法 |
| CN105131309A (zh) * | 2015-09-21 | 2015-12-09 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 聚合物/人工合成的硅酸锂镁纳米复合乳胶粒子分散液及其制备方法 |
| CN109575490A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-05 | 河海大学 | 一种透明黏土及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GIDLEY IAIN ET AL.: "GAS HYDRATE DISSOCIATION STRUCTURES IN SUBMARINE SLOPES", 《THE 4TH CANADIAN CONFERENCE ON GEOHAZARDS : FROM CAUSES TO MANAGEMENT》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113295497A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-24 | 辽宁工程技术大学 | 一种成层透明黏土的制备方法 |
| CN115197680A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-10-18 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种可视化模拟工作液及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yuan et al. | Transparent synthetic soil and its application in modeling of soil-structure interaction using optical system | |
| Guzman et al. | A transparent aqueous-saturated sand surrogate for use in physical modeling | |
| AU2014378589B2 (en) | Application for a fluorine-containing polymer in preparation of transparent frozen soil | |
| Liu et al. | Rheological characteristics of cement grout and its effect on mechanical properties of a rock fracture | |
| Qian et al. | Rheological characterization of the viscoelastic solid-like properties of fresh cement pastes with nanoclay addition | |
| Divya et al. | Evaluation of tensile strength-strain characteristics of fiber-reinforced soil through laboratory tests | |
| Jiang et al. | An experimental investigation on the mechanical behavior between cemented granules | |
| Ji et al. | Application of the discrete element method and CT scanning to investigate the compaction characteristics of the soil–rock mixture in the subgrade | |
| Dean et al. | The elastic properties of carbon fibres and their composites | |
| Ads et al. | Shear strength of a synthetic transparent soft clay using a miniature ball penetrometer test | |
| CN109085070B (zh) | 用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置和方法 | |
| CN110065950A (zh) | 基于硅酸锂镁的透明软黏土的制备方法及其所得的软黏土 | |
| CN107328623A (zh) | 一种胶结透明土及其制备方法 | |
| Glinicki et al. | Formwork pressure of a heavyweight self-compacting concrete mix | |
| Mollamahmutoglu et al. | Strength and permeability of boric acid-tempered ultrafine cement grouted sand | |
| Luo et al. | Experimental study on mix proportions of similar materials to reef limestone | |
| Zhao et al. | Experimental study on the dynamic properties of lime-solidified soft soil under cyclic loading | |
| Zhao et al. | Study on mechanical properties of permeable polymer treated loess | |
| ZHOU et al. | Numerical simulation of true triaxial tests on mechanical behaviors of rockfill based on stochastic granule model | |
| Kong et al. | Geotechnical properties of a new transparent clay | |
| Yang et al. | Material preparation and mechanical properties of transparent soil and soft rock for model tests | |
| CN106186840B (zh) | 一种模拟富水围岩条件下的试验用模型土及其制备方法 | |
| Basas et al. | Torsional and flexural resonant column testing of grouted sands | |
| Liu et al. | Experimental investigations on the soil–water characteristic curve and the deformation behaviors of unsaturated cement–stabilized soft clay | |
| Shen et al. | Experimental Study on the Properties of Simulation Materials for an Aquifuge for a Fluid–Solid Coupling Physical Similarity Model Test |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190730 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |