[发明专利]一种用于地质力学物理模型试验的岩体相似材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质力学模型试验材料及制备技术领域，特别涉及一种用于地质力学 物理模型试验的岩体相似材料及其制备方法。

背景技术

随着现代经济和科学技术的快速发展，人们需要越来越多的建(构)筑物来满足 日常生活的需求，如水电站、住宅、工业厂房、隧道等。在这些工程中有的需要在工 程地质条件不良的地方修建，当在面临实际工程中的许多力学问题时，室内地质力学 物理模型试验是重要研究手段之一。

模型试验是一种按照一定的相似原理对特定的工程地质问题进行缩尺试验的研究 方法，目的是通过模型试验来得到相关的数据，再用以推测原型中可能发生的力学现 象和规律，从而解决实际工程问题。在模型试验中运用相似材料来制作模型，因此是 否能研制出一种满足物理力学性能相似关系的相似材料是模型试验的基础。

相似材料是模型试验成败的关键，因此岩体相似材料的选择应该满足以下要求:

1)材料的主要物理力学性质与模拟的岩体符合相似比；

2)模拟试验过程中材料的力学性质比较稳定；

3)改变材料配比可使材料力学性质变动范围较大，以适应相似条件的需要；

4)骨料应选用性质稳定的大比重物质，并按一定的级配组成，以使模型处于密实 状态，获得最大容重。

5)原料来源广泛，成本低廉，且凝固时间适宜，便于制作模型；

6)材料比较环保，无毒，对人体健康无副作用。

7)均质、各向同性。

目前，地质力学模型实验中岩体的相似材料开发研制较多，如以重晶石粉、石灰 石、环氧树脂为材料的混合料；以加膜铁粉、加膜石英砂、重晶石粉和松香酒精溶液 为材料的混合物；以磁铁矿粉、河砂、石膏或水泥，水为材料的混合物；以不同粒径 级配的石英砂、石膏、水泥和水为材料的混合物等，这些材料在模拟岩体的密度、抗 拉压强度方面比较成熟，但对变形模量模拟方面却一直缺乏，同时也存在适用范围较 窄，不能模拟Ⅰ-Ⅳ各类岩体的问题。

发明内容

本发明的目的提供一种用于地质力学物理模型试验的岩体相似材料及其制备方 法可控制岩体变形模量，同时也能模拟Ⅰ-Ⅳ各类岩体的地质力学物理模型试验相似 材料及其配制工艺。

一种用于地质力学物理模型试验的岩体相似材料，所述材料包括按重量份计的以 下组分：

重晶石45-50份，水泥1.5-3.9份，水2.4-4.5份，46号废液压油1-5份，橡胶 粉0.5-1.5份。

其中重晶石作为材料的骨料存在，为材料提供很强的抗压强度；水泥和水反应生 成的水化产物具有很强的粘结作用，可以作为胶凝材料，为材料提供较强的抗压强度 和变形模量；利用橡胶粉主要可以调节材料的变形模量；46号废弃液压油可降低材 料的抵抗变形能力。

优选的，所述材料包括按重量份计的以下组分：

重晶石46-48份，水泥1.7-3.6份，水2.8-4份，46号废液压油1-3份，橡胶粉 1份。

所述材料制成容重为25.5-26.7KN/m³、尺寸为10cm×10cm×10cm的试样测得的 变形模量为25.1-128.9Mpa，抗压强度为0.13-1.04Mpa。

所述重晶石粒径≤5mm。

选择此粒径范围的重晶石有三个优点，第一是在试验中不需要筛选可以节省人 力；第二是能更好的使重晶石的表面与其他材料充分接触；第三是能更好的满足模型 在整体浇筑过程中对不同岩体模拟的需要，方便具体施工要求。

所述橡胶粉粒径为80目。

选择粒径为80目的橡胶粉，是为了使材料整体具有更好的级配，以达到较高的密 实程度。另外，橡胶粉在材料成分中起到调节变形模量的作用，在大型模型整体浇筑 过程中，利用此种材料不需要二次处理，可以节约时间、方便施工。

所述水泥为32.5级复合硅酸盐水泥。

选择此种水泥是因为其抗压强度低，水化热低(由于是整体浇筑，减小温差应力 裂缝的产生)，和易性和耐热性好。

制作所述材料的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将重晶石、橡胶粉混合均匀，然后烘干除水，取出冷却至室温，得到物料1；

2)将水泥加入到物料1中，继续拌合均匀，得到物料2；