[發(fā)明專利]用于模擬邊坡危巖體的模型相似材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110504528.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN113173737A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范慶龍;李俊峰;張良;吳少儒;李聯(lián)書;聶亮;郝利軍;侯爭(zhēng)軍;楊寶全;陳媛;王森顥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川華能瀘定水電有限公司;中國(guó)水利水電第五工程局有限公司;成都星景智能科技有限公司
• 主分類號(hào): C04B26/26
• 分類號(hào): C04B26/26
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 葉明博

本發(fā)明公開了一種用于模擬邊坡危巖體的模型相似材料及其制備方法，每種原料都具有獨(dú)特的功能，重晶石粉作為加重料，半精煉石蠟作為粘結(jié)劑，32號(hào)液壓機(jī)油作為潤(rùn)滑劑，超輕黏土作為添加劑，最終混合而成的相似材料具有高重度、低強(qiáng)度、低彈模的性質(zhì)，符合自然條件下的危巖體的力學(xué)性能；通過改變?cè)系呐浔龋憧稍诒ＷC所需容重的條件下，改變相似材料的抗壓強(qiáng)度和變形模量，原料中的半精煉石蠟和32號(hào)液壓機(jī)油都具有改變材料力學(xué)性質(zhì)的作用，并且較小的原料配比的改變即可控制相似材料的抗壓強(qiáng)度和變形模量在較大范圍內(nèi)的變化；在制備過程中，僅需要對(duì)原料進(jìn)行烘干除水的處理，其他的步驟都是在室溫下進(jìn)行，制備過程簡(jiǎn)單、制備效率高、成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及邊坡危巖模擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于模擬邊坡危巖體的模型相似材料及其制備方法。

背景技術(shù)

在我國(guó)西南山區(qū)修建水電站工程時(shí)，經(jīng)常會(huì)面臨巖質(zhì)人工開挖邊坡或天然邊坡危巖體崩塌失穩(wěn)以及落石災(zāi)害的威脅。特別是在地下洞室群出口高邊坡或建筑物靠山側(cè)高邊坡，即使是產(chǎn)生小范圍危巖體的破壞或失穩(wěn)，都有可能對(duì)電站各類建筑物造成嚴(yán)重破壞，對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和施工人員生命安全形成威脅。目前，雖然有一些數(shù)值計(jì)算、模型試驗(yàn)的成果，但是由于危巖落石本身運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性、不確定性、突發(fā)性且影響因素繁多，還沒有對(duì)其致災(zāi)機(jī)制、成災(zāi)規(guī)律、有效防護(hù)方法等形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。因此，有必要對(duì)危巖體的塌落過程進(jìn)行試驗(yàn)研究，探究危巖體的塌落形式及落石的運(yùn)動(dòng)軌跡和影響因素，查明落石的影響范圍，有針對(duì)性的制定應(yīng)對(duì)措施。

危巖體是潛在的崩塌體，具有強(qiáng)度低、節(jié)理裂隙多、容重也相對(duì)完整巖體低等特點(diǎn)，在試驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)制備合適的相似材料進(jìn)行模擬。目前，一些學(xué)者開始對(duì)危巖體的崩塌過程進(jìn)行了試驗(yàn)研究。如西南交通大學(xué)丁冰冰(丁冰冰.巖質(zhì)邊坡危巖落石室內(nèi)模型試驗(yàn)研究[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015.)以巖質(zhì)邊坡的落石運(yùn)動(dòng)為研究對(duì)象，進(jìn)行了落石室內(nèi)模型試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，他用水泥、砂子等制作邊坡模型，采用重度為24kN/m³水泥砂漿制作落石模型。2002年KT.Chau等人利用齒科類的石膏材料，制作出了球形的落石試件，并通過室內(nèi)試驗(yàn)分析研究了法向和切向恢復(fù)系數(shù)與斜坡坡面的角度的關(guān)系，研究了落石間旋轉(zhuǎn)碰撞的能量與邊坡坡面角度的關(guān)系，依據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果提出了簡(jiǎn)單容易的理論和預(yù)測(cè)模型。山東大學(xué)的胡聰(胡聰.高陡邊坡危巖體失穩(wěn)機(jī)理及其崩塌滾石運(yùn)動(dòng)規(guī)律[D].山東:山東大學(xué))也進(jìn)行了滾石運(yùn)動(dòng)規(guī)律的模型試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，他選用石膏材料作為落石模型及邊坡模型的材料。貴州大學(xué)楊樂(楊樂.危巖崩塌影響范圍相似材料模擬研究[D].貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2016.)采用細(xì)集料石子為骨料，水泥、黏土粒為膠結(jié)劑，開展了危巖崩塌物理模擬試驗(yàn)。

國(guó)外：意大利等其它國(guó)家選擇的相似材料主要有兩類：一類是把鉛氧化物和石膏的混合物作為主料，用砂子或者小圓石為輔助材料；另一類相似材料主要是以環(huán)氧樹脂、重晶石粉和甘油作為組分。

國(guó)內(nèi)：國(guó)內(nèi)在相似材料的研究方面也取得了一些研究成果，具有典型代表性的如武漢大學(xué)的韓伯鯉，其研制了MSB材料(韓伯鯉等，1997)，該材料以膜鐵粉和重晶石粉為骨料，松香作為膠結(jié)劑；清華大學(xué)的馬芳平研制出了NIOS相似材料(馬芳平等，2004)，該材料主料是磁鐵礦精礦粉、河砂、黏結(jié)劑石膏或拌和用水、水泥和添加劑等；另外四川大學(xué)采用重晶石粉、水泥、水、半精煉石蠟、32號(hào)液壓機(jī)油等研制了模擬壩肩壩基的巖體材料，采用重晶石粉、半精煉石蠟、32號(hào)液壓機(jī)油等研制了模擬壩肩壩基軟弱巖體材料。

然而，這些試驗(yàn)有的材料適用于模擬壩肩壩基巖體，開展大壩穩(wěn)定性研究，而有的材料對(duì)于危巖體和落石的材料特性、形狀、內(nèi)部裂隙等因素考慮不足，沒有將其反映在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕希虼嗽囼?yàn)結(jié)果并不能很好的反映實(shí)際情況。

在研究危巖體崩塌過程及落石軌跡時(shí)，傳統(tǒng)的試驗(yàn)缺乏對(duì)于模型材料的考慮。利用水泥砂漿或是石蠟等傳統(tǒng)材料制作成的落石模型，其力學(xué)性質(zhì)不能與實(shí)際巖石的保持一致。并且在試驗(yàn)中，都將落石簡(jiǎn)化為剛體，沒有考慮其下落過程中的撞擊碎裂等情況。導(dǎo)致試驗(yàn)無法完全模擬危巖體崩塌及落石下落的全過程。

上述研究者研制的材料無法完全體現(xiàn)高邊坡危巖體的特點(diǎn)：