[发明专利]一种砂岩相似材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种砂岩高强度高脆性相似材料及其制备方法。原材料包括石英砂、硅粉、水泥、蒸馏水和减水剂。基于原岩的物理力学性质以及细观特征，采用以骨料调控材料性质的方法，选用石英砂以提高材料的脆性，选用硅粉以提高材料的强度；实现了类砂岩材料的脆性和强度，相似材料与原岩主要的物理力学参数(密度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、单轴抗压强度、抗拉强度和泊松比等)满足相似理论。成功的模拟了新疆天山公路岩质边坡中砂岩的特征。本发明所需材料种类少、成本低，制作效率高，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明属于类岩石材料试件制备技术领域，具体涉及一种砂岩相似材料及其制备方法。

背景技术

砂岩是岩石工程中最常见的一种岩石，由各种砂砾胶结而成，由于风化作用和剥蚀作用产生的沉积岩。本身节理裂隙高度发育，采用天然砂岩岩样存在取样成功率低以及试样力学性能差异大的问题，很难对岩石的物理力学指标开展量化研究。而模型试验具有可控性强、周期短、费用低等优点,可以有效的避免现场采样时所面临的很多问题,如外界影响因素多、研究费用高、条件复杂以及采样的周期长等。模型试验通过把岩体的结构特征和赋存环境，以及岩体的工程作用力学模型统一到室内的模拟试验中，模拟岩体的变形、破坏过程和机理，成为研究裂隙节理岩体的一种行之有效的方法。

采用相似材料模拟试验是研究岩石力学工程及科学问题的主要手段。发明专利CN107814546 A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，成功模拟了锦屏大理岩的特征；发明专利CN 104974533 A公开了一种高脆性类岩石材料的制备方法，提供了一种具有脆性好、均质性好、强度高、弹性模量高、易于成型的高脆性类岩石材料；发明专利CN 108069651 A公开了一种模拟岩体的相似材料及其制备方法，可直接获得模型试验的变形信息，无需额外的测试仪器，大大方便了试验中的测试工作。

目前，我国正在建设和即将兴建的岩土工程地质构造复杂，影响整体稳定的不同类别的岩体性能差异较大，因此在岩石力学模型试验研究过程中，需要制备出满足相似关系的模型材料来模拟不同性能的岩体，以了解工程建筑对岩体所产生的影响。上述相似材料制备方法仅适用于某一种岩体，针对砂岩的相似材料不能满足。因此，研发自然界较为广泛的砂岩相似材料及其制备方法，为砂岩力学性能的研究提供一种合理方法和有效手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种砂岩相似材料及其制备方法，从而采用与岩石相似(脆性和剪胀性)的相似材料-砂岩相似材料制作类砂岩模型试样，以解决现有的技术问题。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种砂岩相似材料，其组分成分包括：

骨料：石英砂和硅粉；

胶结材料：水泥；

添加剂：减水剂和蒸馏水。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。

其中，所述组成成分以重量份数计为：水泥15-25份，石英砂12-20份、硅粉1.5-3.5份，蒸馏水4-7份，减水剂0.1-0.5份。

其中，所述石英砂粒径为50-120目，所述硅粉粒径为200-350目。

其中，所述水泥为硅酸盐水泥。具体的，为标号425或525的硅酸盐水泥。

进一步，本发明还提供了上述砂岩相似材料的制备方法，其包括如下步骤：

1)将以重量份数计水泥15-25份，石英砂12-20份和硅粉1.5-3.5份混合并搅拌均匀，得到混合粉料a；

2)将以重量份数计蒸馏水4-7份，减水剂0.1-0.5份混合并搅拌均匀，得到混合溶液b；