[發明專利]一種滑坡物理模型的滑帶相似材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410017096.2
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103698189A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 程圣國;潘飛;胡祥輝;楊云華;于志偉;陳婷
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

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，具體涉及一種用于滑坡物理模型中模擬滑帶的相似材料及其制備方法。

背景技術

滑坡為巖土體依附于其內在或潛在軟弱結構面/帶，在降雨、人類生產活動等綜合因素觸發作用下失去原有平衡條件，產生以水平位移為主的滑動現象。滑坡災害是一種主要的地質災害之一，已成為人類社會不容忽視的環境難題，其危害已成為僅次于地震的第二大自然災害。

模型試驗是按一定的幾何、物理關系，用模型代替原型進行測試，并將結果用于原型的試驗方法，試驗模型是基于相似理論來進行制作的。長期以來，模型試驗一直是解決復雜工程課題的重要手段，在邊坡失穩機理研究中，模型試驗能夠形象地模擬邊坡巖土體中的應力大小及其分布、邊坡巖土體的變形破壞機制及其發展過程、加固措施的加固效果等。滑坡模型試驗屬于地質力學模型試驗的范疇，是研究滑坡問題的重要手段。

通常保證模型與原型之間的相似是通過相似材料的配制來實現，滑坡相似材料是模型試驗的基礎，相似材料配比以及相似材料的正確選取是保證物理模型模擬正確性與合理性的重要因素。其中，滑坡相似材料的制備一直是滑坡模型試驗難點之一，尤其滑帶相似材料更是模型試驗成功的關鍵。一般而言，要求滑帶相似材料的粘聚力和內摩擦角相似，其中粘聚力要求趨近為0。目前，巖質材料的相似材料隨著石膏系相似材料模擬技術的逐漸成熟而基本解決，而土質材料特別是軟土體相似材料的研究卻一直存在相當的難度。土體作為自然界中一定歷史條件形成的自然產物，其性質具有多樣性、區域性等特點，要研制一種材料完全滿足各方面的相似條件幾乎是不可能的。有必要忽略其次要因素，針對主要因素開展試驗研究，研制出符合要求的滑帶相似材料用于滑坡物理模型試驗。

目前，國內外用于模型試驗的相似材料主要類型有：

1）石膏系相似材料

石膏為主體的相似材料常用來模擬混凝土、巖石等脆性材料的物理力學性能。其對石膏用量較為敏感，對環境濕度有較高要求，性質和混凝土比較接近，均屬于脆性材料。

2）松香系相似材料

對于模型試驗相似材料絕緣度有要求時，松香系相似材料可以作為合適的選擇之一。松香系相似材料抗壓、抗拉強度主要受松香溶液濃度的控制，變化限于松香濃度范圍內，對低強度參數的相似模擬有一定的局限性。

3）明礬系相似材料

明礬系相似材料針對巖溶地質環境模型試驗研究，可以模擬溶洞溶蝕過程。明礬在加熱后可以熔化，對砂具有較好的粘結能力，試驗過程中可以通過加熱的方式讓溶洞擴大，模擬溶洞溶蝕的過程，是一種有研究價值的巖溶區巖性模擬材料，其易水解。

4）變溫相似材料

變溫相似材料的研制是將高分子材料與傳統的模型材料結合起來，在模型材料中加入適量的高分子材料及膠結材料，并配置溫度變化系統，在試驗過程中通過升溫的辦法使材料的力學參數逐步降低。變溫相似材料的強度和力學參數可隨溫度的改變而改變，只在一定的溫度范圍內保持較好的相似性。

5）石蠟系相似材料

石蠟和重晶石粉、砂、粘土等材料混合，形成了石蠟系相似材料，可模擬低滲透性的硬土體、低強度的巖體，如層積巖；其對溫度敏感，也可作為變溫材料使用；其彈模較低，模擬巖體時壓剪比或壓拉比效果不好，塑性較大，且石蠟價格較高。

發明內容

本發明的目的是針對滑坡物理模型試驗需要而展開，克服上述各類模型相似材料的局限性問題，提供一種新型滿足滑坡物理模型中滑帶力學特性要求的相似材料及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種滑坡物理模型的滑帶相似材料，采用粒徑為1-2mm的小玻璃微珠、粒徑為3-4mm的大玻璃微珠混合制得；得到的相似材料的粘聚力均為0，內摩擦角為8-27度。

為了滿足不同的滑坡物理模型試驗要求，當滑帶相似材料要求的內摩擦角大于27度時，采用粒徑為3-4mm的大玻璃微珠及粒度為2mm以下的河沙顆粒混合制得相似材料；得到的該相似材料的粘聚力均為0，內摩擦角為14～35°。

所述相似材料中由大、小玻璃微珠配比的內摩擦角變化范圍為8～27°；由大玻璃微珠和河砂配比的內摩擦角變化范圍為14～35°。

所述的滑坡物理模型的滑帶相似材料的制備方法，具體步驟為：

1）根據實際滑坡中滑帶的力學參數及模型試驗相似比，運用相似判據得出其物理模型中滑帶相似材料的力學參數；