[发明专利]一种软弱土质相似材料及其制备方法和应用

说明书

本发明适用于土木水利工程领域，提供了一种软弱土质相似材料及其制备方法和应用，该软弱土质相似材料包括重晶石粉、滑石粉、粉细砂、膨润土、水和泡沫；所述滑石粉、粉细砂、重晶石粉的质量比为1:(0.5~2):(0.5~8)；所述膨润土的质量为软弱土质相似材料总质量的1%~10%；所述水的质量为软弱土质相似材料总质量的20%~50%；所述泡沫的体积为软弱土质相似材料总体积的10%~200%。该软弱土质相似材料具有容重高、制作工艺简单、价廉易得，对人体无毒副作用且可重制等优点，其可广泛应用于围堰、边坡、基坑、路基、桥隧等领域的岩土工程地质力学模型试验软弱土层的模拟，应用前景广阔，具有显著的经济效益。

技术领域

本发明属于土木水利工程领域，尤其涉及一种软弱土质相似材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，我国水利航运工程的建设逐渐增多，建设规模也在不断扩大，水利航运工程建设对国家经济发展和社会稳定有着重要作用。水利航运建设项目具有施工工期长、施工工序多的特点，而在整个施工过程中，通过建设围堰形成相对干燥的主体水利枢纽施工环境是必不可少的一环，对工程总进度和工程质量有重要影响。同时，围堰的安全至关重要，不仅关系到整个施工导流工程和主体工程的安全和进度，甚至涉及下游的安全问题。抛填型饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰堰体填料受水下开挖和水上抛填双重扰动，具有含水量高，强度低，渗透性低等特点，是典型的高含水量软土。对于复杂的工程问题，理论推导、数值仿真和模型试验是3种主要研究手段，其中，地质力学模型试验方法能真实地反映地质构造和工程结构的空间关系，准确地模拟施工过程和影响，是研究大型复杂工程问题的一种行之有效的手段。

相似材料是模型试验成功的前提和保证。国内外学者对岩土体相似材料的制备工作进行了大量研究，其中岩质类脆性相似材料已经比较成熟，土质相似材料较岩质类脆性相似材料的研究要晚，研究水平也要低一些。《现代隧道技术》2006年增刊介绍了一种以粉质黏土、重晶石粉、滑石粉和石蜡为原材料配制土质相似材料，该材料具有高容重低弹模的特点，其缺点是粉质粘土具有一定的地域限制，材料重复性不高。《公路》2011年第十期介绍了一种以淤泥质黏土、铁粉和粉细砂作为土质相似材料，有效模拟了基坑支护中桩锚土钉联合支护的变形机制。其缺点是淤泥质土比较特殊，也具有地域局限性。《福州大学学报》2016年第44卷第4期介绍了一种以黏土、重晶石粉、粉细砂和膨润土为原材料，配制振动台模型试验中的土质相似材料，并成功将研制的土质相似材料应用到了边坡稳定其应用于软土地区地下建筑结构抗震性能的振动台模型试验，其缺点同上。《重庆交通大学学报》(自然科学版)2018年第37卷第4期介绍了一种以重晶石粉、石英砂、石膏、膨润土、洗衣液、水作为相似材料原料，以骨胶比、洗膏比、重晶石粉掺量、膨润土掺量、含水量为因素，研制出一种使用范围较为广泛的土质相似材料，并将其应用于地铁隧道结构的模型试验，其缺点是缺乏高含水量下的实验数据，不能适应于水库环境中。

上述材料普遍存在的不足是：原材料选择地域性强、配比材料可复制性差且材料普遍应用于较为干燥的施工环境，对于长期处于水位浸润下，土体趋于饱和的环境并不适用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种软弱土质相似材料，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种软弱土质相似材料，其包括重晶石粉、滑石粉、粉细砂、膨润土、水和泡沫；所述滑石粉、粉细砂、重晶石粉的质量比为1:(0.5～2):(0.5～8)；所述膨润土的质量为软弱土质相似材料总质量的1％～10％；所述水的质量为软弱土质相似材料总质量的20％～50％；所述泡沫的体积为软弱土质相似材料总体积的10％～200％。

作为本发明实施例的一个优选方案，所述滑石粉、粉细砂、重晶石粉的质量比为1:(0.67～1.5):(1.11～5.83)。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述膨润土的质量为软弱土质相似材料总质量的3％～7％。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述泡沫的体积为软弱土质相似材料总体积的20％～60％。