[发明专利]深部硬岩高强度高脆性高重度相似材料及其制备方法

说明书

本发明属于岩土工程三维物理模型试验技术领域，公开了一种深部硬岩高强度高脆性高重度相似材料及其制备方法；按照组分，所述相似材料包括，骨料：方解石砂、白云石砂以及方解石粉；胶结材料：水泥以及石膏。本发明提供的相似材料及其制备方法，选用原岩主要组分方解石砂、方解石粉以提高材料脆性，制备时将材料密实，有利于提高材料强度和发挥方解石的脆性特征；考虑到级配的影响，不同类型的骨料颗粒选用不同的尺寸，制备完成后采用高温养护，形成与深部高温环境类似的孕育条件，提高材料的相似度；成功的模拟了锦屏大理岩的特征，制作效率高、材料性能稳定、来源广泛。

技术领域

本发明涉及岩土工程三维物理模型试验技术领域，特别涉及一种深部硬岩高强度高脆性高重度相似材料及其制备方法。

背景技术

水利水电、交通、核废料地质处理、深部物理地下实验室等工程建设过程中经常发生岩爆，造成了巨大的经济损失、人员伤亡等。通过现场监测的手段已经取得了很多重要的成果，但现场试验影响因素复杂，受地质条件的约束，且对人员的安全构成了较大的威胁。因此，通过三维物理模型试验再现现场的工程环境，设定不同的影响因素，避免了人员的安全风险，便于更深入研究岩爆灾害问题。

岩爆常发生于高地应力条件下开挖卸荷载，具有突发性、剧烈性，围岩破坏时产生剥落、片帮和弹射等现象，发生岩爆的岩体具有高强度和高脆性等特征。

相似材料是物理模型试验的基础工作，是模型试验成败的前提，因此，研制出满足相似理论的相似材料至关重要。受加载设备和相似原理的约束，相似材料的强度远低于深部硬岩，因此材料受力时聚集的应变能远低于深部硬岩，导致试验室内很难制造出岩爆的弹射现象，材料的脆性效果较差。现有技术中，对具有岩爆倾向性的相似材料展开了深入研究，也取得了很多成果。主要包括：通过石英砂、重晶石砂、重晶石粉、石膏、松香酒精溶液等原料，研制出了一系列的脆性材料，这些材料的脆性效果主要依靠胶结质的作用，强度低，且脆性系数(压拉比)均低于20，不具有高脆性。强度和脆性特征是三维物理模型试验研究岩爆灾害问题的重要影响因素，因此，有必要进行更深入的研究，以获取更高强度和脆性的相似材料。

发明内容

本发明提供一种深部硬岩高强度高脆性高重度相似材料，解决现有技术中相似材料强度低，脆性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种深部硬岩高强度高脆性高重度相似材料，按照组分，所述相似材料包括，

骨料：方解石砂、白云石砂以及方解石粉；

胶结材料：水泥以及石膏。

进一步地，以所述方解石砂的质量为单位质量，各组分的组分配比为：

方解石砂与白云石砂的质量比为0.25～4.00，方解石砂和白云石砂的质量之和与胶结材料的质量比为1.50～3.15，石膏与水泥的质量比为0.89～4.00，方解石粉与所述胶结材料的质量比为0.1。

进一步地，所述方解石砂粒径为40～60目，所述白云石砂粒径为100～120目，所述方解石粉粒径为300～325目。

一种深部硬岩高强度高脆性高重度相似材料及其制备方法，包括：

称量方解石砂、方解石粉、白云石砂、石膏、水泥和PbO粉，混合后搅拌均匀得到混合固料；

称量水与减水剂混合拌匀得到混合溶液；

将所述混合溶液倒入所述混合固料中，搅拌均匀后装入模具中；

模具中材料初凝后，用压力机密实成型；

材料在室内干燥通风处养护后脱模；

室内自然条件下养护，再采用高温养护，直至材料硬化结束、质量恒定。

进一步地，以所述方解石砂的质量为单位质量，各组分的组分配比为：