[發明專利]一種使用重晶石砂調節相似材料比重的方法

有效

• 申請號: 201410599006.5
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號: CN104503494B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 范鵬賢;王明洋;邢灝喆;馬林建;王德榮;王源
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G05D11/00
• 分類號: G05D11/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于地質力學模型試驗技術領域，特別涉及一種使用重晶石砂調節相似材料比重的方法。

背景技術

地質力學模型試驗是巖石力學和地下工程穩定性研究中的常用手段。相似模型由相似材料制作而成的，因而相似材料是地質力學模型試驗的基礎和關鍵。根據相似理論的要求，相似材料和原型必須滿足相似關系，其比重的相似比尺α_γ必須滿足下式的限制：

其中α_σ為應力的相似比尺，α_L為幾何尺寸的相似比尺。

若能令α_γ＝1，則可令應力的相似比尺和幾何尺寸的相似比尺一致，從而大大簡化模型試驗的設計和數據處理。以往采用的以石英砂為骨料的相似材料比重較低，因而巖土工程師和相關科研工作者在開展模型試驗及其相似材料研發時，采取了多種增重材料以增加相似材料的比重。如專利02116676.5采用磁鐵礦精礦粉，專利200510104581.4和專利201310027623.3采用鐵精粉和重晶石粉，以增加相似材料的比重。由于使用磁鐵礦精礦粉或鐵礦粉同時仍然采用石英砂作為粗骨料，因而相當于增加了一種組分，使相似材料的物理力學性能受到了影響，而增重劑對復合材料力學參數的影響規律也并不明晰，從而大大增加了相似材料試配的試驗工作量。

研發一種簡單易行的相似材料比重調節方法，實現相似材料在不顯著改變力學參數的條件下的比重調整，對于能源、交通、水利、礦山、國防等領域的巖石工程地質力學模型試驗研究具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種使用重晶石砂調節相似材料比重的方法，能夠不影響相似材料力學性能，不顯著增加相似材料制備成本。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種使用重晶石砂調節相似材料比重的方法，采用重晶石砂作為增重劑，通過重晶石砂全部或部分替代相似材料中常用的石英砂，使粗骨料混合為不同比例的重晶石砂和石英砂，獲得具有所需比重的相似材料。

進一步的，重晶石砂和所要替代的石英砂的粒徑級配或粒徑組成及顆粒形狀保持一致。

一種使用重晶石砂調節相似材料比重的方法，由以下步驟組成：

(1)按傳統方法和配方制備完全使用石英砂作為粗骨料的相似材料，獲得其物理力學數據；

(2)根據相似理論選擇所需力學參數的相似材料配比，設按該配比制備的相似材料的比重為γ₁；

(3)將該配比中的石英砂完全替換為等重量的重晶石砂，獲得其比重數據，設其比重為γ₂；

(4)假設相似材料的目標比重為γ，則重晶石砂替代率r按下式計算：

(5)按照求得的替代率，將相應的石英砂替換成重晶石砂，即可得到比重為目標比重γ的相似材料，且該材料的力學指標與原完全使用石英砂的相似材料保持一致。

優選的，一種使用重晶石砂調節相似材料比重的方法，其適用范圍為粗骨料用量不大于材料總重的50％。

本發明的有益效果是：本發明采用了重晶石砂作為增重劑，通過重晶石砂替代相似材料中常用的石英砂，使粗骨料混合為不同比例的重晶石砂和石英砂，獲得具有所需比重的相似材料，避免了使用鐵精粉、鉛粉等增重劑對相似材料力學性能的不利影響，在不改變相似材料的力學性能的同時，可以在較大范圍內調節地質力學模型試驗中所用相似材料的比重，以更好的實現對地下工程的相似模擬。除此之外，本發明提供的方法簡單易行，成本低廉，實用性強，可大大降低相似材料研發過程的試驗工作量。

附圖說明

圖1是本發明的實施例中重晶石砂替代率和材料單軸抗壓強度的關系；

圖2是本發明的實施例中重晶石砂替代率和材料彈性模量的關系；

圖3是本發明的實施例中重晶石砂替代率和相似材料比重的關系。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。

一種使用重晶石砂調節相似材料比重的方法，采用重晶石砂作為增重劑，通過重晶石砂全部或部分替代相似材料中常用的石英砂，使粗骨料混合為不同比例的重晶石砂和石英砂，獲得具有所需比重的相似材料。

重晶石砂和所要替代的石英砂的粒徑級配或粒徑組成及顆粒形狀保持一致。

一種使用重晶石砂調節相似材料比重的方法，由以下步驟組成：