[發(fā)明專利]可模擬軟弱層面的地質(zhì)溫敏材料及其制作方法、溫控系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610016604.4
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105675385A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程圣國;陳曉虎;覃茂森;陳勇;賴坡
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/24
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)力學(xué)模型試驗材料及制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及可模擬軟弱層面的 地質(zhì)溫敏材料及其制作方法、溫控系統(tǒng)。

背景技術(shù)

地質(zhì)力學(xué)模型就是從力學(xué)的觀點出發(fā)，采用試驗的手段，研究地質(zhì)構(gòu)造條件對工 程的影響。軟弱層面指力學(xué)強度明顯低于圍巖，一般充填有一定厚度軟弱物質(zhì)的結(jié)構(gòu)面。如 泥化，軟化，破碎薄夾層等，具有強度低，壓縮性高，遇水易軟化的特點。軟弱層面在地質(zhì)力 學(xué)模型試驗中屬于控制性弱面，有影響巖體結(jié)構(gòu)，控制塊體穩(wěn)定的作用，且對壩基壩肩穩(wěn)定 性有明顯影響，國內(nèi)外諸多地下洞室工程、壩基工程及邊坡等失事均與軟弱層面有密切關(guān) 系。

常規(guī)的地質(zhì)力學(xué)模型基于力學(xué)參數(shù)不變的情況下，研究壩基壩肩整體穩(wěn)定性問 題。但是高壩地質(zhì)條件復(fù)雜，壩基壩肩巖體及軟弱層面的強度在工程的長期運行中將出現(xiàn) 逐步弱化的現(xiàn)象，必須研制出能在模型試驗中材料強度可變的模型材料來模擬軟弱層面強 度降低這一現(xiàn)象。因此，研制新型軟弱層面材料是研究高壩和地基穩(wěn)定物理模擬的關(guān)鍵技 術(shù)問題之一，對高壩建設(shè)具有重要理論意義和工程應(yīng)用價值。

四川大學(xué)水電學(xué)院經(jīng)過多年的探索，采用常規(guī)地質(zhì)力學(xué)模型材料和可溶性高分子 材料及多種添加劑，配合溫控系統(tǒng)研制出了變溫相似材料，并用于地質(zhì)力學(xué)模型試驗中巖 體、斷層、破碎帶和軟弱層面的模擬上。試驗時，通過升溫系統(tǒng)升高整個模型材料溫度，使其 力學(xué)特性能按相似規(guī)律和強度儲備理論降低。然而這種整體加熱模型的方法存在不少弊 端：1、工程在長期運行中主要是破碎帶、軟弱層面的強度出現(xiàn)逐步降低的現(xiàn)象，其他巖體的 力學(xué)參數(shù)變化不大，整體加熱模型使巖體的力學(xué)參數(shù)也發(fā)生變化，不符合工程實際的工作 狀況2、巖體以塊體的方式組合成型，而巖體與軟弱層面材料差異大，致使整個模型成型困 難。3、升溫系統(tǒng)鋪設(shè)繁瑣，施工困難，長時間工作條件下易發(fā)生漏電現(xiàn)象，給試驗人員的安 全造成威脅。

目前使用較多的軟弱層面材料主要有以下兩種：

1、國外意大利貝加莫（Bergamo）結(jié)構(gòu)模型試驗所（ISMES）在伊泰普（Itaipu）拱壩地質(zhì) 力學(xué)模型試驗中，采用一層或三層鋁箔在其間涂聚氨基甲酸脂或硫酸氫鉬等材料分別進(jìn)行 模擬。河海大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗中心，在龍羊峽拱壩三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗中，在夾層部位采用聚 脂薄膜及電容紙等模擬。該系列的材料均是以滑動摩擦原理進(jìn)行模擬，但難以滿足在同一 個模型上演示摩擦系數(shù)降低的全過程，需要多個模型試驗結(jié)果綜合分析。

2、四川大學(xué)水工結(jié)構(gòu)研究室用涂有油脂的金屬泊等薄膜與粒狀高分子材料組合 技術(shù)來模擬，輔助溫度系統(tǒng)進(jìn)行控制。該材料以滾動摩擦和滑動摩擦的原理來模擬軟弱層 面，可以在一個模型中實現(xiàn)力學(xué)參數(shù)的變化，但在軟弱層面的鋪設(shè)時無法以任意形狀，在任 意位置進(jìn)行鋪設(shè)，適用性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于避免上述軟弱層面材料的缺點，提供可模擬軟弱層面的地質(zhì)溫 敏材料及其制作方法、溫控系統(tǒng)。

可模擬軟弱層面的地質(zhì)溫敏材料，所述材料包括按重量份計的以下組分：

重晶石粉45-55份，水泥1.8-2.5份，水1-4份，46號廢液壓油1-5份，石蠟2-6份，橡膠粉 0.5-2份。

重晶石粉作為細(xì)骨料控制材料的容重；水泥和水的水化作用產(chǎn)物，具有膠凝特性， 能把其他材料牢固的膠結(jié)在一起；廢液壓油具有良好的潤滑性，降低材料抵抗變形的能力； 石蠟是一種溫敏材料，其物理性質(zhì)會隨溫度產(chǎn)生變化；橡膠粉用于調(diào)節(jié)材料的抗壓強度和 變形模量

所述材料包括按重量份計的以下組分：

重晶石粉48份，水泥2.2份，水3份，46號廢液壓油3份，石蠟4份，橡膠粉1份。

所述重晶石粉粒徑≤0.075mm，所述重晶石粉含水率以飽和面干為標(biāo)準(zhǔn)

重晶石粉的含水率以飽和面干為標(biāo)準(zhǔn)，能較好地選擇水的用量，拌出理想的材料

所述橡膠粉粒徑為80目，使材料整體具有良好級配，以達(dá)到較高的密實程度。

所述石蠟優(yōu)選熔點為52-54℃的半精煉石蠟。

使材料有一個合適的工作溫度范圍，且在其熔點之前材料的摩擦角能達(dá)到理想狀 態(tài)。若選擇熔點較高的石蠟，加熱時間也相應(yīng)變長，對加熱系統(tǒng)也存在安全隱患。

所述水泥為32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥。

該水泥抗壓強度低（滿足軟弱層面對力學(xué)參數(shù)的要求），水化熱低（有利于大體積 施工，減少溫差應(yīng)力裂縫產(chǎn)生的機(jī)會），和易性好，耐熱性好。