传统的测量土体变形方法不能可视化土体内部在变形过程中的动态变化,而大多数现代数字图像方法也只局限于测量土体的宏观变形和边界,仍然不能获取土体内部结构的变化过程数据。当前,一些学者提出采用人工合成的透明土来可视化土体内部结构及其变形过程,通过采用无定型硅石凝胶材料来模拟自然砂土取得了一些成果,虽然硅石凝胶微粒的内在结构与自然砂土有很大不同,不能真实反映自然砂土的岩土特性,但是土体内部变形过程的可视化在一定程度上对研究自然砂土的岩土特性起到了借鉴作用。 本文采用熔融石英砂来模拟自然砂土,因为熔融石英砂同样具有良好的透明度,但与硅石凝胶不同的是其内部并没有大量的微细孔道,因而更接近自然砂土岩土特性;另外,选用一定浓度的溴化钙溶液模拟孔隙流体,它与纯水的物理性质类似。这样,在三轴变形试验中,采用熔融石英砂和相应浓度的溴化钙溶液配比得到的透明合成砂土,可在一定程度上降低合成材料的物理性质对试验结果的影响,比较真实地反映自然砂土的岩土特性。 从透明合成砂土的室内三轴试验结果可见:在几种不同应力条件作用下,透明合成砂土的应力应变特性与自然砂土非常接近;在同一相对密度下,随着围压的增大,透明合成砂土的轴向应变—体积应变和轴向应变—径向应变同相应的标准砂的差异也会增大,而对于轴向应变—偏应力,则起伏不大。上述的试验结果表明,如果只关心土体的强度参数,那么人工合成的透明砂土可较真实地反映自然砂土,会得到比较一致的结果;如果关心土体的变形量,那么在围压较小的时候,得到的数据就比较理想,更接近自然砂土;随着围压的增大,透明合成砂土与自然砂土的变形数据差异就会逐渐变大。本文的工作说明由此方法配制的饱和砂土试样透明效果良好,可在一定程度上模拟自然砂土的岩土特性,有望进一步用于数字图像测量或层析技术来可视化和试验研究土体试样的内部变形过程。