一種軟巖物理模擬試驗的模型材料的製作方法

2023-07-07 03:15:06

專利名稱：一種軟巖物理模擬試驗的模型材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軟巖物理模擬試驗中製備模型用的材料，屬於工程相似模擬試驗材料領域。
背景技術：
隨著深部礦產資源深井開採及大型深埋洞室建設，出現了大量軟巖洞室穩定性問題，但其研究不夠深入，需進一步完善，模型試驗是解決這類問題的有力措施，如何配製軟巖相似材料成為研究軟巖模型試驗的關鍵問題之一。目前，軟巖物理模型試驗的相似材料主要有以下幾種(一)採用石蠟、砂和凡士林等原料，參見李運來等，基於相似原理的膨脹性軟巖模型材料試驗研究，《建井技術》，2009，30 (I) 20 22 ;韋四江等，軟巖巷道錨固體蠕變特性研究，河南理工大學學報(自然科學版)，2008，27 (5) :524 528。(二)採用砂、石膏作為主要原料，其餘材料為添加劑，參見王慧敏，大口徑鑽進軟質巖層相似材料模·擬，中南工業大學碩士學位論文(2009年)；鄭力等，均質巖體中地下洞室的模型試驗研究，第一屆全國巖石力學數值計算及模型試驗討論會論文集，280 287 ;孔令強等，模擬煤體的相似材料配比試驗研究，《露天技術》，2007，第4期33 36 ;刁心宏等，軟巖隧道圍巖壓力模型試驗研究，《華東交通大學學報》，2008，25 (5) :1 7。(三)採用重晶石作為主要材料，其他材料有石膏、砂、汽油、環氧樹脂、聚醯胺、酒精、松香等，參見董昌周等，公路隧道模型試驗相似材料試驗研究，《現代隧道技術》，2010，47 (I) 11 16 ;李丹，白世偉等，軟巖隧道圍巖加固方法優化對比試驗研究與分析，《巖土力學》，2010，31(贈I) :145 149。(四)採用鐵精粉、鋼砂或銅粉等主要材料，參見張強勇等，鐵晶砂膠結新型巖土相似材料的研製及其應用，《巖土力學》，2008，29 (8) 2126 2130 ;李仲奎等，模型試驗中製備模型用的材料，2005，專利號 ZL 02116676.5。上述模型材料中，採用石蠟、砂和凡士林原料製備工藝較複雜，溫度要求較高，不適宜大體積模型試驗，採用石膏等原料增加材料的脆性，不利於模擬單軸受壓軟巖的大變形性能。本發明的目的是提供一種可模擬軟巖大變形性能、性質穩定、成本低且無汙染的模型試驗中製備模型用的材料，採用不同的配合比，實現模擬不同軟巖大變形性能的材料。

發明內容
本發明提出的一種軟巖物理模擬試驗的模型材料，含有水泥、砂和水，其特徵在於該材料中還含有粘土，其原料成分按重量份數比為水9 13，水泥10 15，粘土 14 25，砂 200 205。利用本發明製備的軟巖模型用材料，可克服現有相似模型試驗中無法模擬單軸受壓材料的大變形問題，模擬材料在單軸受壓下出現大變形性能。本發明所選用的粘土是市場上常見的300目細度的粘土，該類粘土在自然條件下穩定，材料來源廣泛，易拌合均勻。為了調整配合比以適應不同的大變形性能，又添加了一定比例的乾燥細砂，採用水泥增加材料的強度。實施例I模擬某深井軟巖巷道地質力學模型試驗，相似材料成分按重量份數比為水10，水泥13,粘土 14,砂200。夯壓製作成直徑50mm、高IOOmm圓柱體試件,試件在單軸受壓下出現大變形性能，典型單軸壓縮大變形應力應變曲線見說明書附圖。



附圖為相似材料在單軸壓縮軸向應力應變曲線，在該圖中應力應變曲線上升段無明顯線直線段，沒有明顯峰值點，應力應變曲線出現塑化現象。
權利要求
1 一種軟巖物理模擬試驗中製備模型用的材料，含有水泥、砂和水，其特徵在於該材料中還含有粘土，其原料成分按重量份數比為水9 13，水泥10 15，粘土 14 25，砂200 205。·
全文摘要
軟巖模型試驗中製作模型用的材料，涉及工程相似模型試驗材料製備技術。本發明的特徵是該材料含有粘土，利用該材料配製的試件在單軸和常規三軸壓縮下均表現出大變形性能，其原料成分按重量份數比為水9～13，水泥10～15，粘土14～25，砂200～205。本發明採用不同的配合比，實現模擬不同軟巖變形性能的材料，模擬材料在單軸和三軸壓縮下呈現大變形性能。利用本發明製備的模型材料，可克服現有模型試驗中無法模擬材料的大變形及成本過高問題。
文檔編號G01N1/28GK102890020SQ20111020590
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者劉漢東, 王四巍, 王忠福 申請人:華北水利水電學院