[發明專利]用于模擬巖體中夾層的地質力學模型相似材料及制備方法

在審

• 申請號: 201711264955.8
• 申請日: 2017-12-03
• 公開（公告）號: CN107986681A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 馬軍;王德庫;馬智法;譚春;雷秀玲;王常義;董建華;馬棟和;韓會生;劉忠富;李艷萍;隋偉;張軼輝;李中田;毛春華;王銳
• 申請（專利權）人: 中水東北勘測設計研究有限責任公司
• 主分類號: C04B26/26
• 分類號: C04B26/26
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于用于地質力學模型試驗的相似材料及其制備技術領域，具體涉及一種用于模擬巖體中不同軟弱夾層的地質力學模型相似材料及其制備方法。

背景技術

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極限承載能力、破壞形態、破壞機理和變形分布特征。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，能模擬工程建筑對地基基礎所產生的影響，能更直觀地表示出試驗結果。

近代由于生產建設及科學技術的發展，越來越多的建筑物需要修建在具有復雜地質構造的地基上，建筑物的抗滑穩定問題、基礎變形對建筑物結構的影響等問題都是地質力學模型試驗所研究的主要內容。

目前我國正在建設和即將興建的水電工程，由于工程所在地不僅地質構造復雜，而且巖體中存在著較多的不同類型的層狀或軟弱薄層，即軟弱夾層，軟弱夾層的厚度比相鄰巖層的小，力學強度和變形模量也較低。按成因，軟弱夾層可分為原生型和次生型兩類。前者如以石英砂巖為主的巖層夾有粘土質巖層或泥巖薄層；后者為風化、溶濾作用或層間剪切及斷層錯動而形成的軟弱夾層。這些不同類型軟弱夾層的物理和力學性能，如容重、變形模量、粘聚力和摩擦系數等差異較大。壩基巖體內存在的軟弱夾層會對壩基巖體的抗滑穩定性產生非常不利的影響，因此其整體穩定安全問題是工程的關鍵問題之一，地質力學模型試驗是研究該問題的一種重要方法。

在地質力學模型試驗過程中，研制出與原型軟弱夾層物理力學性能相似的模型材料是模型試驗的基礎，也是模型試驗是否成功的關鍵，因此為準確模擬出巖體結構中的各類軟弱夾層，需要制備出滿足相似關系的軟弱夾層模型材料。

目前，在地質力學模型試驗研究過程中，已經制備出了不同類別巖石的模型相似材料，如以下幾類：

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】。

2、武漢水利電力大學韓伯鯉研制的MIB材料【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】。該材料是以松香酒精溶液為膠結劑，加膜鐵粉為粗骨料，重晶石粉為細骨料。

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、粘結劑石膏或水泥、拌和用水及添加劑。

但是對于巖體結構中不同軟弱夾層的模型相似材料報道較少。

發明內容

本發明提供一種用于模擬巖體中夾層的地質力學模型相似材料及制備方法，目的是針對現有技術現狀，提供一種物理和力學性能可在較大范圍內變化的、用于模擬巖體中不同軟弱夾層的地質力學模型相似材料及其制備方法。

本發明采取的技術方案是，是由以下質量份的原料制成的：

重晶石粉100份，54度半精煉石蠟5-10份，32號液壓油5-10份，膨潤土5-20份，滑石粉2-10份；

所述重晶石粉的粒徑為200目；

一種用于模擬巖體中夾層的地質力學模型相似材料的制備方法，包括下列步驟：

1)先將100份粒徑為200目的重晶石粉和5-10份54度半精煉石蠟混合均勻，然后烘干除水，取出冷卻至室溫；

2)將5-10份32號液壓油加入到烘干的重晶石粉和54度半精煉石蠟中混合均勻，然后將混合好的材料粉碎至其粒徑＜1mm；

3)將5-20份膨潤土和2-10份滑石粉加入到重晶石粉、54度半精煉石蠟和液壓油的混合物中混合均勻。

使用時，首先按照原型軟弱夾層的物理力學性能，再由相似關系確定出模型材料的各項指標。選擇適當的材料配比按以上方法制備相似材料后在試驗機上進行測試，符合要求即可為地質力學模型試驗所用。

本發明的優點是：