[发明专利]一种改性相似材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改性相似材料及其制备方法。所述改性材料包括重晶石粉、水泥、水、32号液压机油以及本发明特有的式I聚合物。本发明提供的改性相似材料可以模拟各种岩体，且所用原材料来源广泛，无毒副作用，制备过程简单，耗能低，制备效率高，成本低。

技术领域

本发明涉及一种相似材料及其制备方法，特别是一种适用于模拟岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法。

背景技术

相似模拟试验是按一定的几何、物理关系，用模型代替原型进行测试研究，并将研究结果用于原型的试验方法。它是一种重要的科学研究手段，是在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。这种研究方法具有直观、简便、经济、快速以及试验周期短等优点。而且能够根据需要，通过固定某些参数，改变另一些参数来研究实际工程中的应力随时间的变化规律，这些都是在现场条件下难以实现的。

岩土工程科学研究中，经常涉及到相似材料的相关理论研究，而具有理想的相似材料应力-应变曲线关系、或是具有应力强化的应力-应变曲线关系的相似材料都是进行理论研究的重要试验材料，因此，研制出这种材料是必要的。

相似材料是相似试验成功与否的关键，而在进行相似模型试验时，对模型变形信息的测试又是根本任务，试验的数据是进行科学研究的根本依据。目前，用于相似试验的相似材料有很多种，按其胶结材料不同，分为石蜡、石膏、松香、水泥等相似材料。而这些相似材料基本都是抗压强度较大，且在测试中都需要安装专门的测试仪表来测试相关变形

的。至今，还未有将相似材料制作成敏感性相似材料的，所以在模型试验时，都需专门设有测试仪器进行相关的测试，而往往又由于测试仪器的原因不能得到一些关键数据，如模型内部变形等。

地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，试验的主要目的是研究各种建筑物在外荷载作用下的的极限承载能力、破坏形态、破坏机理和变形分布特性。地质力学模型试验的研究内容不仅限于已知荷载下的某一状态，更重要的是研究在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程，它采用真实的物理实体，在满足材料相似，尤其是在力学相似条件下，能真实反映地质构造与工程建筑之间的关系，能模拟工程建筑对岩体所产生的影响，且能更直观地显示出工程建筑对岩体影响以及岩体变形变形对建筑物结构的影响所产生的结果。因此，在地质力学模型试验研究过程中，满足物理力学性能相似关系的模型材料是模型试验的基础，是模型试验是否成功的关键。

相似材料是相似试验成功与否的关键，为此对相似材料必须满足一下要求：相似材料的主要力学性质与模拟的岩层的结构相似。如模拟破坏过程时，应使相似材料的单向抗压强度与抗拉强度相似于原型材料；材料的力学性能稳定，不易受外界条件(湿度、温度等)的影响；改变材料的配比，可使材料的力学性能发生改变，以适应相似条件的需要。容易成型，制作方便，凝固时间短；材料来源广，成本低廉。

目前，用于相似试验的相似材料有很多种，比如石蜡、纯石膏、石膏硅藻土混合模拟材料、水泥浮石混合料等，虽然这些相似材料在具体的试验中起到了一定的作用，但是，还是有很多缺点，比如石蜡，这种材料制作试件时需要施加一定的温度，操作不方便，因此不常用；石膏的弹性模量可调节范围不大，极限抗压强度与抗拉强度的比值过小，因而它的应用范围受到了一定的限制；石膏、硅藻土和水配合而成的相似材料随着硅藻土的掺入量的增加，会出现体积缩小的现象。为此，开发一种能满足相似试验要求的相似材料是十分必要的。

目前我国正在建设和即将兴建的水电工程地质构造中，影响整体稳定的岩体种类多、性能差异大，尤其是在我国西南地区，很多工程中出现了大量的弱岩体，如IV、V类岩体、卸荷岩体、柱状节理等，此类岩体强度和变形模量低，性能较差，对工程整体稳定带来了非常不利的影响，因此需要有合适的模型相似材料来模拟此类弱岩体以便进行以上所述的相关研究。

发明内容