[发明专利]一种强度参数可控的岩土相似材料及其制备方法

说明书

一种强度参数可控的岩土相似材料，包括100份骨料和4～8份胶结剂，所述骨料由重晶石粉与粒径小于1mm的细沙按照1.5：0.5～2的质量比构成；所述胶结剂由固体石蜡和凡士林按照1：0～0.3的质量比构成。制备时，先混合好骨料并将胶结剂融化，然后进行混合、压实成型。本发明材料的强度能够通过温度进行控制，进而在研究围岩渐进性破坏过程及围岩稳定性中获得不同围岩破坏程度下的精确围岩强度参数。

技术领域

本发明属于工程地质模型试验技术领域，具体涉及一种强度参数可控的岩土相似材料及其制备方法。

背景技术

相似模型试验是一种基于相似原理的缩尺研究方法，主要采用相似材料模拟工程实体及其地质构造特征，通过模拟荷载作用方式、降雨模式等条件，研究岩土工程施工、运营中的安全稳定性及其破坏模式，它是地下工程围岩稳定性分析及科学研究的一种重要手段，选择合理的相似材料能够保证试验的有效性。

对于研究围岩稳定性，主要有两种手段，一是通过外部加载进行破坏性试验，二是通过逐渐降低围岩强度，使其自身发生破坏。但目前室内试验研究围岩稳定性，只能通过外部加载的破坏性试验来实现，很难找到能够通过较为简便的方法来实现自身强度变化且满足室内试验要求的相似材料。

通过控制材料自身强度进行破坏试验，不仅能够较为准确的判断围岩稳定性还能够获得围岩渐进性破坏过程，以增强相似试验模拟的真实性。

在岩土工程地质力学模型试验中，作为模拟岩土力学特性的相似材料必须具备高重度、低强度、低变形模量和可变化的内摩擦角等基本特点，而满足这些要求的材料在自然界是不存在的，必须用人工方法进行组合得到。现有相似材料配置主要由铁矿粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉、松香酒精溶液等按照一定比例混合，形成固体模型相似材料。这种材料可以模拟不同强度、不同特性的围岩地质条件，也可以使其在试验过程中材料强度降低，但材料自身强度降低不可控制，无法获取不同试验阶段下材料强度的具体参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种强度参数可控的岩土相似材料及其制备方法，该材料的强度能够通过温度进行控制，进而在研究围岩渐进性破坏过程及围岩稳定性中获得不同强度下的精确参数。

本发明采取的技术方案是：

一种强度参数可控的岩土相似材料，包括100份骨料和4～8份胶结剂，所述骨料由重晶石粉与粒径小于1mm的细沙按照1.5：0.5～2的质量比构成；所述胶结剂由固体石蜡和凡士林按照1：0～0.3的质量比构成。各材料的质量比根据原型地层物理力学参数进行调整配置。

进一步的，所述骨料还包括粉煤灰和蒙脱石粉，与重晶石粉的质量比为，重晶石粉：粉煤灰：蒙脱石粉＝1.5：0.5～1：0～0.2。

进一步的，所述胶结剂为6份，为熔点小于54℃的低熔度石蜡；所述骨料由400目的重晶石粉与粒径小于1mm的细沙按照1.5：1的质量比构成。

进一步的，所述骨料的含水率小于1％。

一种强度参数可控的岩土相似材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将骨料的各组分按照设定的质量比加入搅拌机内，慢速搅拌至混合均匀；

(2)将胶结剂按照设定比例加入恒温加热装置进行融化，温度控制在55℃～60℃之间，避免胶结剂变性；

(3)将步骤(1)混合均匀后的骨料导入另一恒温加热装置中，再将步骤(2)融化好的液态胶结剂倒入骨料中，并慢速搅拌至完全融合，在此过程中，温度控制在55℃～60℃之间；

(4)将刚性模具加温至60℃后，快速将融合的材料逐层加入刚性模具内，且逐层夯实，制成试样；

(5)将试样在室温环境下放置48小时，待试样温度降至室温，即可得到所述相似材料模型。