[发明专利]一种地下水库坝体相似模拟实验材料及其配比的确定方法

说明书

本发明公开了一种地下水库坝体相似模拟实验材料，地下水库坝体相似模拟实验材料由骨料、胶结剂和保护剂制备而成，骨料为河沙，胶结剂为速干水泥，保护剂为液态石蜡，地下水库坝体相似模拟实验材料中河沙、速干水泥和液态石蜡的重量比为：3:1:18。本发明还公开了一种地下水库坝体相似模拟实验材料配比的确定方法。本发明相似材料的力学参数和渗流参数与水库坝体相似，性质满足流固耦合相似模拟实验要求，解决了固体模型材料遇水崩解和模拟中水体渗流的可视性问题。

技术领域

本发明属于相似材料技术领域，具体是涉及一种地下水库坝体相似模拟实验材料。

背景技术

作为煤炭开采过程中水资源保护和再利用的有效手段，煤矿地下水库已在实际工程中得以较好的应用和实施。作为地下大规模的储水设施，煤矿地下水库坝体的稳定性是一个不容忽视的问题。矿区开采作业频繁，开采过程中引发的来压扰动载荷对地下水库坝体构成较大的威胁，一旦出现溃坝事故不仅是资源的浪费，也对井下设施和人员的安全的巨大威胁，因此采空区地下水库整体隔水稳定性问题的研究就显得非常必要。

在实验室中人们通过相似模拟实验来研究和分析采空区地下水库整体隔水稳定性等问题，但是现有的相似材料，模拟坝体结构，所得出的坝体运动及裂隙演化规律与实际不一致，潜水渗流规律及相关参数也与原型偏差较大，不能很好的模拟地下水库坝体结构。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种地下水库坝体相似模拟实验材料，其材料的力学参数和渗流参数与水库坝体相似，性质满足流固耦合相似模拟实验要求，解决了固体模型材料遇水崩解和模拟中水体渗流的可视性问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种地下水库坝体相似模拟实验材料，其特征在于：所述地下水库坝体相似模拟实验材料由骨料、胶结剂和保护剂制备而成，所述骨料为河沙，所述胶结剂为速干水泥，所述保护剂为液态石蜡，所述地下水库坝体相似模拟实验材料中河沙、速干水泥和液态石蜡的重量比为3:1:18。

上述的一种地下水库坝体相似模拟实验材料，其特征在于：所述河沙为干燥的河沙。

本发明还公开了一种如权利要求1所述的地下水库坝体相似模拟实验材料配比的确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、材料初步试验，分别称取骨料、胶结剂和保护剂，骨料、胶结剂和保护剂的质量比为1:1:1，将质量比为1:1:1的骨料、胶结剂和保护剂混合后制作成试件，然后将制作成的试件放置在水中浸泡48小时，通过观察试件浸泡在水中48小时后是否发生失效性崩解，来判断试件的非亲水性，如果试件浸泡在水中48小时后未发生失效性崩解，其具有良好的非亲水性，可以进行下一步配比试验；

步骤二、确定骨胶比：称取不同重量配比的骨料和胶结剂，并将每种配比的骨料和胶结剂制备成多个试件，对所有配比的试件进行强度测试，将各个配比试件测试的数据绘制成试件应力应变曲线图，将所述试件应力应变曲线图与待模拟坝体原岩平均应力应变曲线图进行对比，确定最吻合的应力应变曲线对应的骨料和胶结剂的配比；

步骤三、确定骨胶与保护剂的比例，分别称取骨料、胶结剂和保护剂，将骨料、胶结剂和保护剂组成不同质量配比的混合物料，所述混合物料中骨料和胶结剂的质量配比为步骤二中所述应力应变曲线对应的骨料和胶结剂的配比，将所述混合物料制备成试件并对各个试件进行配比标记，对所述标记好的试件进行渗透系数测试，获取试件渗透系数数据，将获取的试件渗透系数数据与待模拟坝体原岩渗透系数数据进行比较，选择与待模拟坝体原岩渗透系数数据相近似的试件渗透系数数据对应试件的配比，该配比为最终待模拟坝体相似材料的配比。

上述的一种地下水库坝体相似模拟实验材料配比的确定方法，其特征在于：所述步骤一中将质量比为1:1:1的骨料、胶结剂和保护剂混合后制作成试件，包括如下步骤：

步骤101、称取骨料、胶结剂和保护剂即称取质量相同的河沙、速干水泥和液态石蜡；