[發明專利]模擬黃河地區沖洪積復合地層新型地層材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910089139.0
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109608105B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 劉燕;劉俊巖;楊帆;劉晨陽;馬文彬;虞濤;綦宗潤
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;G01N33/24
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 劉亞明

本發明涉及模擬黃河地區沖洪積復合地層新型地層材料，由模型粉質黏土、模型砂卵石土兩種模型土組合而成。模型粉質黏土與模型砂卵石可以通過角度α的改變，模擬黃河地區沖洪積復合地層不同的組合方式。重晶石粉500～515份，黏土630～645份，細砂1270～1280份，細石英砂510～515份，凡士林40～45份，硅油20～25份，水210～220份，多種材料拌合均勻可得模型粉質黏土。細砂2000～2150份，粗砂400～435份，重晶石粉400～435份，水70～80份，多種材料拌合均勻可得模型砂卵石土。該模型土考慮了黃河地區沖洪積復合地層粉質黏土及砂卵石特有的物理特性與水理特性，能較精確滿足與原型土的相似關系，參數變化范圍廣，力學性質穩定，且原材料價格低廉容易獲取，配制簡便。

技術領域

本發明涉及新型地層材料制備，尤其是涉及模擬黃河地區沖洪積復合地層新型地層材料及其制備方法。

背景技術

濟南黃河地區地層主要為第四系全新統(Q4)、上更新統(Q3)，以沖積、沖洪積粉質黏土、砂卵石層為主，局部夾細砂薄層。它是山前傾斜平原及黃河沖積扇中上部的主要物質成分，層位較穩定，厚度較大，山前地帶厚度一般15～20m，黃河沖積扇地帶厚度20～50m。

模型試驗可以模擬各種相對復雜的邊界條件，能較全面而又形象地呈現工程結構與相關巖土體共同作用下的應力和破壞機理、變形機制、形態及失穩階段的全貌。所以長期以來，模型試驗法被認為是定量地研究實體特征普遍而有效的方法。隨著現代科學技術與各種模擬方法的進步，模型試驗已經成為研究工程實際問題的一個重要手段。

模型試驗的基礎是相似理論，即要求模型和原型相似，模型能夠反映原型的情況。根據相似理論，在模型試驗中應采用相似材料來制作模型。相似材料的選擇、配比以及試驗模型的制作方法對材料的物理力學性質具有較大的影響，對模型試驗的成功與否起著決定性作用。在模型試驗研究中，選擇合理的模型材料及配比具有重要意義。在對隧道結構與土體共同作用以及工程施工對土體的擾動作用進行研究時，通常需要配制模型土。模型試驗成功與否，模型土的配制占了很大的比重。

如果采用原狀土，勢必會導致實驗結果出現偏差，因此配制合理配比的模型土直接關系到模型試驗的準確性。而在配置模型土時，如果采用單一材料作為模型土材料，其局限性很大，往往難以滿足相似條件。配制模型土通常的做法是用若干材料(鐵精粉、重晶石粉、石膏粉、粉煤灰、石灰粉、石英砂，河砂、黏土、高嶺土、紅粉砂、黏土粉、機油、木屑、水泥、氧化鋅、石蠟、松香、酒精、白乳膠、樹脂、水等)按照一定的比例配制而成。因此，相似材料一般是多種材料的混合物，而混合物的具體成分與配比要經過大量的配比試驗，不斷調整材料比例參數才能滿足。這些模型土層材料往往未能考慮地下水作用，所以不適用于流固耦合模型；其次不同模型試驗有不同的相似比要求，導致模型土的的物理力學參數不盡相同，所以材料配比也不一致。

發明內容

本發明的目的在于提供模擬黃河地區沖洪積復合地層新型地層材料及制備方法，該試驗用模型土針對黃河地區沖洪積復合地層粉質黏土及砂卵石特有的物理特性與水理特性，綜合考慮了重度、內摩擦角、粘聚力、壓縮模量及滲透系數相似關系，得到精度較高的相似模型土。

本發明通過以下方法實現：本發明第一方面提供模擬黃河地區沖洪積復合地層新型地層材料，由模型粉質黏土、模型砂卵石土組成，所述模型粉質黏土和模型砂卵石土之間形成的平面與水平面的夾角角度為α。

優選的，其中夾角角度α的范圍為0～360°。

優選的，所述模型粉質黏土重量分數分別為：

重晶石粉500～515份；

黏土630～645份；

細砂1270～1280份；

細石英砂510～515份；

凡士林40～45份；

硅油20～25份；