專利名稱：一種軟巖物理模擬試驗(yàn)的模型材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟巖物理模擬試驗(yàn)中制備模型用的材料，屬于工程相似模擬試驗(yàn)材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著深部礦產(chǎn)資源深井開采及大型深埋洞室建設(shè)，出現(xiàn)了大量軟巖洞室穩(wěn)定性問題，但其研究不夠深入，需進(jìn)一步完善，模型試驗(yàn)是解決這類問題的有力措施，如何配制軟巖相似材料成為研究軟巖模型試驗(yàn)的關(guān)鍵問題之一。目前，軟巖物理模型試驗(yàn)的相似材料主要有以下幾種(一)采用石蠟、砂和凡士林等原料，參見李運(yùn)來等，基于相似原理的膨脹性軟巖模型材料試驗(yàn)研究，《建井技術(shù)》，2009，30 (I) 20 22 ;韋四江等，軟巖巷道錨固體蠕變特性研究，河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，27 (5) :524 528。(二)采用砂、石膏作為主要原料，其余材料為添加劑，參見王慧敏，大口徑鉆進(jìn)軟質(zhì)巖層相似材料模·擬，中南工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文(2009年)；鄭力等，均質(zhì)巖體中地下洞室的模型試驗(yàn)研究，第一屆全國(guó)巖石力學(xué)數(shù)值計(jì)算及模型試驗(yàn)討論會(huì)論文集，280 287 ;孔令強(qiáng)等，模擬煤體的相似材料配比試驗(yàn)研究，《露天技術(shù)》，2007，第4期33 36 ;刁心宏等，軟巖隧道圍巖壓力模型試驗(yàn)研究，《華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)》，2008，25 (5) :1 7。(三)采用重晶石作為主要材料，其他材料有石膏、砂、汽油、環(huán)氧樹脂、聚酰胺、酒精、松香等，參見董昌周等，公路隧道模型試驗(yàn)相似材料試驗(yàn)研究，《現(xiàn)代隧道技術(shù)》，2010，47 (I) 11 16 ;李丹，白世偉等，軟巖隧道圍巖加固方法優(yōu)化對(duì)比試驗(yàn)研究與分析，《巖土力學(xué)》，2010，31(贈(zèng)I) :145 149。(四)采用鐵精粉、鋼砂或銅粉等主要材料，參見張強(qiáng)勇等，鐵晶砂膠結(jié)新型巖土相似材料的研制及其應(yīng)用，《巖土力學(xué)》，2008，29 (8) 2126 2130 ;李仲奎等，模型試驗(yàn)中制備模型用的材料，2005，專利號(hào) ZL 02116676.5。上述模型材料中，采用石蠟、砂和凡士林原料制備工藝較復(fù)雜，溫度要求較高，不適宜大體積模型試驗(yàn)，采用石膏等原料增加材料的脆性，不利于模擬單軸受壓軟巖的大變形性能。本發(fā)明的目的是提供一種可模擬軟巖大變形性能、性質(zhì)穩(wěn)定、成本低且無污染的模型試驗(yàn)中制備模型用的材料，采用不同的配合比，實(shí)現(xiàn)模擬不同軟巖大變形性能的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的一種軟巖物理模擬試驗(yàn)的模型材料，含有水泥、砂和水，其特征在于該材料中還含有粘土，其原料成分按重量份數(shù)比為水9 13，水泥10 15，粘土 14 25，砂 200 205。利用本發(fā)明制備的軟巖模型用材料，可克服現(xiàn)有相似模型試驗(yàn)中無法模擬單軸受壓材料的大變形問題，模擬材料在單軸受壓下出現(xiàn)大變形性能。本發(fā)明所選用的粘土是市場(chǎng)上常見的300目細(xì)度的粘土，該類粘土在自然條件下穩(wěn)定，材料來源廣泛，易拌合均勻。為了調(diào)整配合比以適應(yīng)不同的大變形性能，又添加了一定比例的干燥細(xì)砂，采用水泥增加材料的強(qiáng)度。實(shí)施例I模擬某深井軟巖巷道地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，相似材料成分按重量份數(shù)比為水10，水泥13,粘土 14,砂200。夯壓制作成直徑50mm、高IOOmm圓柱體試件,試件在單軸受壓下出現(xiàn)大變形性能，典型單軸壓縮大變形應(yīng)力應(yīng)變曲線見說明書附圖。



附圖為相似材料在單軸壓縮軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線，在該圖中應(yīng)力應(yīng)變曲線上升段無明顯線直線段，沒有明顯峰值點(diǎn)，應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)塑化現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1 一種軟巖物理模擬試驗(yàn)中制備模型用的材料，含有水泥、砂和水，其特征在于該材料中還含有粘土，其原料成分按重量份數(shù)比為水9 13，水泥10 15，粘土 14 25，砂200 205?！?br> 全文摘要
軟巖模型試驗(yàn)中制作模型用的材料，涉及工程相似模型試驗(yàn)材料制備技術(shù)。本發(fā)明的特征是該材料含有粘土，利用該材料配制的試件在單軸和常規(guī)三軸壓縮下均表現(xiàn)出大變形性能，其原料成分按重量份數(shù)比為水9～13，水泥10～15，粘土14～25，砂200～205。本發(fā)明采用不同的配合比，實(shí)現(xiàn)模擬不同軟巖變形性能的材料，模擬材料在單軸和三軸壓縮下呈現(xiàn)大變形性能。利用本發(fā)明制備的模型材料，可克服現(xiàn)有模型試驗(yàn)中無法模擬材料的大變形及成本過高問題。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102890020SQ20111020590
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者劉漢東, 王四巍, 王忠福 申請(qǐng)人:華北水利水電學(xué)院