[發(fā)明專利]一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料及其配比的確定方法

有效

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• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111099856B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊濤;張杰;楊森;何義峰;李宏儒;康小杰;馬海虎;馬金銀
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;G01N33/00;G01N3/00;G01N15/08;G01N1/28;G01N1/36
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 線飛祥

本發(fā)明公開了一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料，地下水庫壩體相似模擬實驗材料由骨料、膠結(jié)劑和保護劑制備而成，骨料為河沙，膠結(jié)劑為速干水泥，保護劑為液態(tài)石蠟，地下水庫壩體相似模擬實驗材料中河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟的重量比為：3:1:18。本發(fā)明還公開了一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法。本發(fā)明相似材料的力學(xué)參數(shù)和滲流參數(shù)與水庫壩體相似，性質(zhì)滿足流固耦合相似模擬實驗要求，解決了固體模型材料遇水崩解和模擬中水體滲流的可視性問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于相似材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料。

背景技術(shù)

作為煤炭開采過程中水資源保護和再利用的有效手段，煤礦地下水庫已在實際工程中得以較好的應(yīng)用和實施。作為地下大規(guī)模的儲水設(shè)施，煤礦地下水庫壩體的穩(wěn)定性是一個不容忽視的問題。礦區(qū)開采作業(yè)頻繁，開采過程中引發(fā)的來壓擾動載荷對地下水庫壩體構(gòu)成較大的威脅，一旦出現(xiàn)潰壩事故不僅是資源的浪費，也對井下設(shè)施和人員的安全的巨大威脅，因此采空區(qū)地下水庫整體隔水穩(wěn)定性問題的研究就顯得非常必要。

在實驗室中人們通過相似模擬實驗來研究和分析采空區(qū)地下水庫整體隔水穩(wěn)定性等問題，但是現(xiàn)有的相似材料，模擬壩體結(jié)構(gòu)，所得出的壩體運動及裂隙演化規(guī)律與實際不一致，潛水滲流規(guī)律及相關(guān)參數(shù)也與原型偏差較大，不能很好的模擬地下水庫壩體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料，其材料的力學(xué)參數(shù)和滲流參數(shù)與水庫壩體相似，性質(zhì)滿足流固耦合相似模擬實驗要求，解決了固體模型材料遇水崩解和模擬中水體滲流的可視性問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料，其特征在于：所述地下水庫壩體相似模擬實驗材料由骨料、膠結(jié)劑和保護劑制備而成，所述骨料為河沙，所述膠結(jié)劑為速干水泥，所述保護劑為液態(tài)石蠟，所述地下水庫壩體相似模擬實驗材料中河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟的重量比為3:1:18。

上述的一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料，其特征在于：所述河沙為干燥的河沙。

本發(fā)明還公開了一種如權(quán)利要求1所述的地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、材料初步試驗，分別稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑，骨料、膠結(jié)劑和保護劑的質(zhì)量比為1:1:1，將質(zhì)量比為1:1:1的骨料、膠結(jié)劑和保護劑混合后制作成試件，然后將制作成的試件放置在水中浸泡48小時，通過觀察試件浸泡在水中48小時后是否發(fā)生失效性崩解，來判斷試件的非親水性，如果試件浸泡在水中48小時后未發(fā)生失效性崩解，其具有良好的非親水性，可以進行下一步配比試驗；

步驟二、確定骨膠比：稱取不同重量配比的骨料和膠結(jié)劑，并將每種配比的骨料和膠結(jié)劑制備成多個試件，對所有配比的試件進行強度測試，將各個配比試件測試的數(shù)據(jù)繪制成試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，將所述試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖與待模擬壩體原巖平均應(yīng)力應(yīng)變曲線圖進行對比，確定最吻合的應(yīng)力應(yīng)變曲線對應(yīng)的骨料和膠結(jié)劑的配比；

步驟三、確定骨膠與保護劑的比例，分別稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑，將骨料、膠結(jié)劑和保護劑組成不同質(zhì)量配比的混合物料，所述混合物料中骨料和膠結(jié)劑的質(zhì)量配比為步驟二中所述應(yīng)力應(yīng)變曲線對應(yīng)的骨料和膠結(jié)劑的配比，將所述混合物料制備成試件并對各個試件進行配比標記，對所述標記好的試件進行滲透系數(shù)測試，獲取試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)，將獲取的試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)與待模擬壩體原巖滲透系數(shù)數(shù)據(jù)進行比較，選擇與待模擬壩體原巖滲透系數(shù)數(shù)據(jù)相近似的試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)對應(yīng)試件的配比，該配比為最終待模擬壩體相似材料的配比。

上述的一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法，其特征在于：所述步驟一中將質(zhì)量比為1:1:1的骨料、膠結(jié)劑和保護劑混合后制作成試件，包括如下步驟：

步驟101、稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑即稱取質(zhì)量相同的河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟；