[發明專利]一種軟巖相似模型試驗材料及其制備軟巖相似模型的方法

有效

• 申請號: 201811030418.1
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109053035B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 崔圣華;裴向軍;朱凌;高會會
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: C04B26/28
• 分類號: C04B26/28;C04B111/54
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊;郭艷艷

本發明公開了一種軟巖相似模型試驗材料及其制備軟巖相似模型的方法，屬于地震模擬試驗技術領域。本發明的軟巖相似模型試驗材料，包括：按重量份計，骨料80?120份和膠結劑16?32份；其中，骨料包括：按重量份計，40?60目石英砂30～60份、70?100目石英砂20～50份、170?200目石英砂20～30份和膨潤土0?10份；膠結劑為0.8?1.5wt％的有機鹽聚合物溶液。通過將骨料和膠結劑混合倒入到模具中搗實，靜止1天后拆模，常溫養護2～4天后硬化，即得到軟巖相似模型。本發明制作的軟巖相似模型試驗材料，具有較好的滲透性和水穩性，彈性模量相對較低，能較好地模擬地震作用下軟弱夾層孔隙水壓的變化特征，同時該材料來源廣泛，制作簡單，養護簡易，制作成本低廉且無毒無害。

技術領域

本發明涉及地震模擬試驗技術領域，具體涉及一種軟巖相似模型試驗材料及其制備軟巖相似模型的方法。

背景技術

相似模型試驗是一種基于相似原理的縮尺研究方法，主要采用相似材料模擬工程實體及其地質構造特征，通過模擬荷載作用方式、降雨模式等條件，研究巖土工程施工、運營中的安全穩定性及其破壞模式，長期以來一直是高邊坡、堤壩、地下洞室及礦山等各類復雜巖土工程安全穩定性研究及機制分析采用的重要手段。

地質構造復雜，在斜坡巖體中存在著較多、不同類型的軟弱薄層，即軟弱夾層。軟巖是軟弱夾層的主要組成，原生型軟弱夾層是以石英砂巖為主的巖層夾有薄層粘土巖、泥巖或千枚巖等軟巖。當地震發生時，山體發生滑坡的很大原因是地下水對軟弱夾層產生的顯著影響。由于地層地質構造的復雜性，現有地震模擬實驗技術，缺少針對模擬地震作用下巖體結構中不同軟弱夾層的模擬相似材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種軟巖相似模型試驗材料，以解決現有缺少針對模擬地震作用下巖體結構中不同軟弱夾層的模擬相似材料問題。本發明提出了一種利用軟巖相似模型試驗材料制備軟巖相似模型的方法，通過研究相似材料水穩性、強度、彈性模量、滲透系數等參數隨配比的變化規律，確定適用于軟巖的相似材料。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種軟巖相似模型試驗材料，包括：按重量份計，骨料80-120份和膠結劑16-32份；其中，骨料包括：按重量份計，40-60目石英砂30～60份、70-100目石英砂20～50份、170-200目石英砂20～30份和膨潤土0-10份；膠結劑為0.8-1.5wt％的有機鹽聚合物溶液。

本發明的試驗材料采用有機鹽聚合物溶液為膠結劑，有機鹽聚合物溶液具有較強的膠結性能、性質穩定、可調節度高且等優點。有機鹽聚合物溶液在和骨料混合硬化得到的軟巖相似模型具有多孔網狀結構，使得軟巖相似模型具有較好的孔隙率，從而使軟巖相似模型滲透率高。同時有機鹽聚合物溶液較好的膠結性和保水性，膠結遇水不易溶解，可確保實驗模型的水穩性。石英砂本身的彈性模量較小，利用膨潤土更低的彈性模量和有機鹽聚合物溶液較大的孔隙率，填充石英砂的空隙，進一步實現降低試驗材料的彈性模量。

本發明選用多種級配的石英砂是為了調節相似材料級配，可在較大的范圍內調節軟巖相似模型實驗材料中配比，更好的對實際的地下軟弱夾層進行模擬。在地震模擬振動臺試驗中，需要將地質原型按一定相似系數縮小成試驗模型，試驗制備的軟巖材料與地質軟巖原型的物理力學性質需要滿足該相似關系。通常情況下，原型軟巖單軸抗壓強度在2-15MPa，按50相似系數取值，則試驗軟巖模型材料的單軸抗壓強度為0.04-0.3MPa。而在實際中，由于地區不同，每個地區的巖體結構的軟巖彈性模量和滲透系數也存在有大有小的情況，則在滿足單足抗壓強度基礎上，需要改變材料配比，以獲得滿足實際要求的彈性模量、滲透系數的相似模擬。在一般情況下選用200目左右的石英砂用于軟巖相似材料，級配過于單一且調節材料配比及其不方便，并不能滿足實際要求的彈性模量和滲透系數的相似模擬。而本發明采用的是三種不同級配的石英砂，可以針對實際要求進行多次改變配比以達到實際要求。