[發明專利]用于模擬軟弱巖體的地質力學模型相似材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110225644.7
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102390975A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 董建華;張林;陳建康;陳建葉;胡成秋;陳媛;李朝國;楊寶全;楊庚鑫;段斌;李新
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C04B32/00
• 分類號: C04B32/00
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 唐麗蓉

技術領域

本發明屬于地質力學模型試驗用材料及制備技術領域，具體涉及一種用于模擬軟弱巖體的地質力學模型相似材料及其制備方法。

背景技術

由于近代生產建設及科學技術的發展，越來越多的建筑物，如大壩、廠房、隧洞、地下電站等都需要修建在具有復雜地質構造的巖基上或者巖體內，因而使這類建筑物的抗滑穩定、基礎變形對建筑物結構的影響等問題成為了地質力學模型試驗研究的主要內容。

地質力學模型試驗是根據一定的相似原理對特定工程地質問題進行縮尺研究的一種方法，試驗的主要目的是研究各種建筑物在外荷載作用下的的極限承載能力、破壞形態、破壞機理和變形分布特性。地質力學模型試驗的研究內容不僅限于已知荷載下的某一狀態，更重要的是研究在漸增荷載作用下直至破壞的整個變化過程，它采用真實的物理實體，在滿足材料相似，尤其是在力學相似條件下，能真實反映地質構造與工程建筑之間的關系，能模擬工程建筑對巖體所產生的影響，且能更直觀地顯示出工程建筑對巖體影響以及巖體變形對建筑物結構的影響所產生的結果。因此，在地質力學模型試驗的研究過程中，滿足物理力學性能相似關系的模型材料是模型試驗的基礎，是模型試驗是否成功的關鍵。

目前我國正在建設和即將興建的水電工程地質構造中，影響整體穩定的巖體種類多、性能差異大，尤其是在我國西南地區，很多工程中出現了大量的軟弱巖體，如IV、V類巖體、卸荷巖體、柱狀節理等，此類巖體強度和變形模量較低，性能較差，對工程整體穩定帶來了非常不利的影響，因此需要有合適的模型相似材料來模擬此類軟弱巖體以便進行以上所述的相關研究。

而目前正在使用的地質力學模型材料主要有以下幾種：

1、以環氧樹脂為膠凝劑的重晶石粉和石灰石的混合料【Oberti?G，Fumagalli?E.Static-geomechanical?model?of?the?Ridracoliarch-grabity?dam，4th?ISRM，1979】。由于此類材料具有較高的強度和和變形模量，因而主要用來模擬較完整、較堅硬的巖石。在材料配制過程不僅存在需要高溫固化，耗能的問題，且固化過程中散發的有毒氣體會危害人體健康。

2、武漢水利電力大學韓伯鯉【韓伯鯉，陳霞齡，寧一樂等。巖體相似材料的研究[J]。武漢水利電力大學學報，1997，30(2)：6-9】研制的MIB材料。該材料是以松香酒精溶液為膠結劑，加膜鐵粉和加膜石英砂為粗骨料，重晶石粉為細骨料。文中雖稱MIB材料具有高容重、高絕緣性和砌塊易粘結、易干燥、可切割、原材料易得等優點，但根據該材料的組成來看，其不僅存在著諸如給鐵粉、石英砂加膜帶來的工藝復雜，使得制作成本增加，且還存在給鐵粉加膜所用的氯丁膠粘劑中含有甲苯，會對人體產生毒害作用的問題。另外，在使用中鐵粉外膜一旦脫落很容易生銹，影響材料性質的穩定性，容易導致試驗失敗等缺點，且該相似材料較難模擬軟弱巖體。

3、清華大學研制的NIOS相似材料【馬芳平，李仲奎，羅光福。NIOS模型材料及其在地質力學相似模型試驗中的應用，水力發電學報，2004，23(1)：48-51】。該模型材料中含有主料磁鐵礦粉、河砂、粘結劑石膏或水泥、拌和用水及添加劑，不僅可以模擬較大的容重，其彈性模量和抗壓強度等主要力學指標可以在較大的范圍內進行調整，配制也比較方便，而且其物理化學性質穩定，成本低廉，沒有毒性，對操作人員的身體健康和環境也沒有危害。但從其實驗給出的彈性模量與膠凝材料含量關系曲線中可看出，在加石膏粘結劑的條件下，所制備試件的彈性模量最小值都在80MPa，如果粘結劑使用水泥的話，還會大幅度地提高試件的最小彈性模量值，因而該技術方案所得材料無法用于對軟弱巖體進行相似模擬。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述模型材料的缺點，提供一種新的、具有低強度和低變形模量性能，且可用于模擬軟弱巖體的地質力學模型相似材料。

本發明的另一目的是提供一種制備上述可用于模擬軟弱巖體的地質力學模型相似材料的方法。

本發明提供的用于模擬軟弱巖體的地質力學模型相似材料按質量份計是由以下組分構成：

重晶石粉????????100份

半精煉石蠟??????0.5-7份

32號液壓機油????3-7份，