[發明專利]一種強度參數可控的巖土相似材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811418573.0
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109437672A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 孔超;朱曉璐;高潔;劉雪松;梁遠劉
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C04B26/26
• 分類號: C04B26/26
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 苗艷榮

一種強度參數可控的巖土相似材料，包括100份骨料和4～8份膠結劑，所述骨料由重晶石粉與粒徑小于1mm的細沙按照1.5：0.5～2的質量比構成；所述膠結劑由固體石蠟和凡士林按照1：0～0.3的質量比構成。制備時，先混合好骨料并將膠結劑融化，然后進行混合、壓實成型。本發明材料的強度能夠通過溫度進行控制，進而在研究圍巖漸進性破壞過程及圍巖穩定性中獲得不同圍巖破壞程度下的精確圍巖強度參數。

技術領域

本發明屬于工程地質模型試驗技術領域，具體涉及一種強度參數可控的巖土相似材料及其制備方法。

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，它是地下工程圍巖穩定性分析及科學研究的一種重要手段，選擇合理的相似材料能夠保證試驗的有效性。

對于研究圍巖穩定性，主要有兩種手段，一是通過外部加載進行破壞性試驗，二是通過逐漸降低圍巖強度，使其自身發生破壞。但目前室內試驗研究圍巖穩定性，只能通過外部加載的破壞性試驗來實現，很難找到能夠通過較為簡便的方法來實現自身強度變化且滿足室內試驗要求的相似材料。

通過控制材料自身強度進行破壞試驗，不僅能夠較為準確的判斷圍巖穩定性還能夠獲得圍巖漸進性破壞過程，以增強相似試驗模擬的真實性。

在巖土工程地質力學模型試驗中，作為模擬巖土力學特性的相似材料必須具備高重度、低強度、低變形模量和可變化的內摩擦角等基本特點，而滿足這些要求的材料在自然界是不存在的，必須用人工方法進行組合得到。現有相似材料配置主要由鐵礦粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉、松香酒精溶液等按照一定比例混合，形成固體模型相似材料。這種材料可以模擬不同強度、不同特性的圍巖地質條件，也可以使其在試驗過程中材料強度降低，但材料自身強度降低不可控制，無法獲取不同試驗階段下材料強度的具體參數。

發明內容

本發明的目的是提供一種強度參數可控的巖土相似材料及其制備方法，該材料的強度能夠通過溫度進行控制，進而在研究圍巖漸進性破壞過程及圍巖穩定性中獲得不同強度下的精確參數。

本發明采取的技術方案是：

一種強度參數可控的巖土相似材料，包括100份骨料和4～8份膠結劑，所述骨料由重晶石粉與粒徑小于1mm的細沙按照1.5：0.5～2的質量比構成；所述膠結劑由固體石蠟和凡士林按照1：0～0.3的質量比構成。各材料的質量比根據原型地層物理力學參數進行調整配置。

進一步的，所述骨料還包括粉煤灰和蒙脫石粉，與重晶石粉的質量比為，重晶石粉：粉煤灰：蒙脫石粉＝1.5：0.5～1：0～0.2。

進一步的，所述膠結劑為6份，為熔點小于54℃的低熔度石蠟；所述骨料由400目的重晶石粉與粒徑小于1mm的細沙按照1.5：1的質量比構成。

進一步的，所述骨料的含水率小于1％。

一種強度參數可控的巖土相似材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將骨料的各組分按照設定的質量比加入攪拌機內，慢速攪拌至混合均勻；

(2)將膠結劑按照設定比例加入恒溫加熱裝置進行融化，溫度控制在55℃～60℃之間，避免膠結劑變性；

(3)將步驟(1)混合均勻后的骨料導入另一恒溫加熱裝置中，再將步驟(2)融化好的液態膠結劑倒入骨料中，并慢速攪拌至完全融合，在此過程中，溫度控制在55℃～60℃之間；

(4)將剛性模具加溫至60℃后，快速將融合的材料逐層加入剛性模具內，且逐層夯實，制成試樣；

(5)將試樣在室溫環境下放置48小時，待試樣溫度降至室溫，即可得到所述相似材料模型。