CN102390975A - 用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法 - Google Patents
用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102390975A CN102390975A CN2011102256447A CN201110225644A CN102390975A CN 102390975 A CN102390975 A CN 102390975A CN 2011102256447 A CN2011102256447 A CN 2011102256447A CN 201110225644 A CN201110225644 A CN 201110225644A CN 102390975 A CN102390975 A CN 102390975A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parts
- geomechanics model
- semi
- rock mass
- paraffin wax
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
本发明公开的用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料按质量份计是由重晶石粉100份，半精炼石蜡0.5-7份和32号液压机油3-7份经混合构成，且该材料制成容重为26kN/m3、尺寸为10cm×10cm×10cm的试样测得的变形模量为13.2～28.3MPa，抗压强度为0.08～0.19MPa；将该材料制成容重为23kN/m3、尺寸为10cm×10cm×5cm的试样测得的变形模量为11.2～24.7MPa，抗压强度为0.07～0.17MPa。本发明还公开了该材料的制备方法。本发明提供的岩体模拟材料的抗压强度和变形模量均较低，不仅可作为较理想的模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料，且所用原材料来源广泛，无毒副作用，制备过程简单，耗能低，制备效率高，成本低。
Description
技术领域
本发明属于地质力学模型试验用材料及制备技术领域，具体涉及一种用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法。
背景技术
由于近代生产建设及科学技术的发展，越来越多的建筑物，如大坝、厂房、隧洞、地下电站等都需要修建在具有复杂地质构造的岩基上或者岩体内，因而使这类建筑物的抗滑稳定、基础变形对建筑物结构的影响等问题成为了地质力学模型试验研究的主要内容。
地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，试验的主要目的是研究各种建筑物在外荷载作用下的的极限承载能力、破坏形态、破坏机理和变形分布特性。地质力学模型试验的研究内容不仅限于已知荷载下的某一状态，更重要的是研究在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程，它采用真实的物理实体，在满足材料相似，尤其是在力学相似条件下，能真实反映地质构造与工程建筑之间的关系，能模拟工程建筑对岩体所产生的影响，且能更直观地显示出工程建筑对岩体影响以及岩体变形对建筑物结构的影响所产生的结果。因此，在地质力学模型试验的研究过程中，满足物理力学性能相似关系的模型材料是模型试验的基础，是模型试验是否成功的关键。
目前我国正在建设和即将兴建的水电工程地质构造中，影响整体稳定的岩体种类多、性能差异大，尤其是在我国西南地区，很多工程中出现了大量的软弱岩体，如IV、V类岩体、卸荷岩体、柱状节理等，此类岩体强度和变形模量较低，性能较差，对工程整体稳定带来了非常不利的影响，因此需要有合适的模型相似材料来模拟此类软弱岩体以便进行以上所述的相关研究。
而目前正在使用的地质力学模型材料主要有以下几种：
1、以环氧树脂为胶凝剂的重晶石粉和石灰石的混合料【Oberti G，Fumagalli E.Static-geomechanical model of the Ridracoliarch-grabity dam，4th ISRM，1979】。由于此类材料具有较高的强度和和变形模量，因而主要用来模拟较完整、较坚硬的岩石。在材料配制过程不仅存在需要高温固化，耗能的问题，且固化过程中散发的有毒气体会危害人体健康。
2、武汉水利电力大学韩伯鲤【韩伯鲤，陈霞龄，宁一乐等。岩体相似材料的研究[J]。武汉水利电力大学学报，1997，30(2)：6-9】研制的MIB材料。该材料是以松香酒精溶液为胶结剂，加膜铁粉和加膜石英砂为粗骨料，重晶石粉为细骨料。文中虽称MIB材料具有高容重、高绝缘性和砌块易粘结、易干燥、可切割、原材料易得等优点，但根据该材料的组成来看，其不仅存在着诸如给铁粉、石英砂加膜带来的工艺复杂，使得制作成本增加，且还存在给铁粉加膜所用的氯丁胶粘剂中含有甲苯，会对人体产生毒害作用的问题。另外，在使用中铁粉外膜一旦脱落很容易生锈，影响材料性质的稳定性，容易导致试验失败等缺点，且该相似材料较难模拟软弱岩体。
3、清华大学研制的NIOS相似材料【马芳平，李仲奎，罗光福。NIOS模型材料及其在地质力学相似模型试验中的应用，水力发电学报，2004，23(1)：48-51】。该模型材料中含有主料磁铁矿粉、河砂、粘结剂石膏或水泥、拌和用水及添加剂，不仅可以模拟较大的容重，其弹性模量和抗压强度等主要力学指标可以在较大的范围内进行调整，配制也比较方便，而且其物理化学性质稳定，成本低廉，没有毒性，对操作人员的身体健康和环境也没有危害。但从其实验给出的弹性模量与胶凝材料含量关系曲线中可看出，在加石膏粘结剂的条件下，所制备试件的弹性模量最小值都在80MPa，如果粘结剂使用水泥的话，还会大幅度地提高试件的最小弹性模量值，因而该技术方案所得材料无法用于对软弱岩体进行相似模拟。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述模型材料的缺点，提供一种新的、具有低强度和低变形模量性能，且可用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料。
本发明的另一目的是提供一种制备上述可用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料的方法。
本发明提供的用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料按质量份计是由以下组分构成：
重晶石粉 100份
半精炼石蜡 0.5-7份
32号液压机油 3-7份，
其中重晶石粉的粒径为200目，且将该材料制成容重为26KN/m3、尺寸为10cm×10cm×10cm的试样测得的变形模量为13.2～28.3MPa，抗压强度为0.08～0.19MPa；将该材料制成容重为23KN/m3、尺寸为10cm×10cm×5cm的试样测得的变形模量为11.2～24.7MPa，抗压强度为0.07～0.17MPa。
上述半精炼石蜡优选熔点为54-60℃的。
本发明提供的制备上述可用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料方法的工艺步骤和条件如下：
1)先将100份粒径为200目的重晶石粉和0.5-7份半精炼石蜡混合均匀，然后烘干除水，取出冷却至室温；
2)将3-7份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡中混合均匀，然后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可，
以上各物料的份数均为质量份。
上述方法中所用的半精炼石蜡优选熔点为54-60℃的。
使用时，先按容重和单块体积尺寸将以上材料称重，然后放入模具中夯压成型，成型后在室内自然干燥21天后进行力学性能测试，符合要求即可作为地质力学模型试验的相似材料使用。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、由于本发明提供的岩体模拟材料中所用的粘结剂为化学稳定性好，含油量适中，具有良好的防潮和绝缘性能，可塑性好的半精炼石蜡，因而既能使所得材料的抗压强度和变形模量均较低，以为本领域提供一种可供相关研究选用的模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料，又能避免现有技术使用的粘结剂所产生的问题。
2、由于本发明提供的岩体模拟材料中还使用了具有润滑特性的32号液压机油，该机油可降低材料的抵抗变形能力，因而可以通过其加入量来方便调节材料变形模量，使所得材料更容易满足模拟性能差异较大的不同软弱岩体的需要。
3、由于本发明所使用的各组成不易受外界环境影响，加之各组成之间也不发生相互反应，因而使所得材料在自然条件下的物理力学性能能够保持稳定，不至于因组成的原因导致材料在试验过程发生变化而影响试验结果，是一种较理想的软弱岩体模型材料。
4、由于本发明所用原材料来源广泛，且无毒副作用，因而所得材料在制备和使用中都不会对人体造成伤害。
5、由于本发明方法的制备过程简单，且只对原料进行常规的烘干，其它制备都是在室温下进行混合，因而耗能低，制备效率高，成本低。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，且该领域的技术熟练人员根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
另外，值得说明的是，1)以下实施例各物料的份数均为质量份；2)以下实施例1～7所得材料的抗压强度和变形模量值是将该材料制成容重为26KN/m3、尺寸为10cm×10cm×10cm的试样测得的；而实施例8～13所得材料的抗压强度和变形模量值是将该材料制成容重为23KN/m3、尺寸为10cm×10cm×5cm的试样测得的。
实施例1
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为54℃的半精炼石蜡0.5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将4份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.11MPa，变形模量为13.2MPa。
实施例2
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为54℃的半精炼石蜡5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将7份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.08MPa，变形模量为15.2MPa。
实施例3
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为54℃的半精炼石蜡5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将3份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.16MPa，变形模量为25.1MPa。
实施例4
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为58℃的半精炼石蜡5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将5份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.14MPa，变形模量为20.7MPa。
实施例5
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为58℃的半精炼石蜡3份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将4份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.15MPa，变形模量为18.9MPa。
实施例6
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为60℃的半精炼石蜡7份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将4份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.19MPa，变形模量为28.3MPa。
实施例7
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为60℃的半精炼石蜡5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将7份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.10MPa，变形模量为15.4MPa。
实施例8
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为54℃的半精炼石蜡0.5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将4份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.09MPa，变形模量为11.2MPa。
实施例9
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为54℃的半精炼石蜡5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将7份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.07MPa，变形模量为13.5MPa。
实施例10
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为56℃的半精炼石蜡5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将5份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.11MPa，变形模量为17.9MPa。
实施例11
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为56℃的半精炼石蜡3份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将4份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.15MPa，变形模量为16.8MPa。
实施例12
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为60℃的半精炼石蜡7份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将4份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.17MPa，变形模量为24.7MPa。
实施例13
先将100份粒径为200目的重晶石粉和熔点为60℃的半精炼石蜡5份混合均匀，然后于90℃下烘3小时除水，取出冷却至室温；将3份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡混合物中再次混合均匀，最后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可。
该材料的抗压强度为0.15MPa，变形模量为21.7MPa。
Claims (4)
1.一种用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料，该材料按质量份计是由以下组分构成：
重晶石粉 100份
半精炼石蜡 0.5-7份
32号液压机油 3-7份，
其中重晶石粉的粒径为200目，且将该材料制成容重为26KN/m3、尺寸为10cm×10cm×10cm的试样测得的变形模量为13.2～28.3MPa，抗压强度为0.08～0.19MPa；将该材料制成容重为23KN/m3、尺寸为10cm×10cm×5cm的试样测得的变形模量为11.2～24.7MPa，抗压强度为0.07～0.17MPa。
2.根据权利要求1所述的用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料，该材料中的半精炼石蜡的熔点为54-60℃。
3.一种权利要求1所述的用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料的制备方法，该方法的工艺步骤和条件如下：
1)先将100份粒径为200目的重晶石粉和0.5-7份半精炼石蜡混合均匀，然后烘干除水，取出冷却至室温；
2)将3-7份32号液压机油加入到烘干的重晶石粉和半精炼石蜡中混合均匀，然后将混合好的材料粉碎至其粒径≤1mm即可.
以上各物料的份数均为质量份。
4.根据权利要求3所述的用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料的制备方法，该方法中所用的半精炼石蜡的熔点为54-60℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110225644 CN102390975B (zh) | 2011-08-08 | 2011-08-08 | 用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110225644 CN102390975B (zh) | 2011-08-08 | 2011-08-08 | 用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102390975A true CN102390975A (zh) | 2012-03-28 |
| CN102390975B CN102390975B (zh) | 2013-01-16 |
Family
ID=45858384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110225644 Expired - Fee Related CN102390975B (zh) | 2011-08-08 | 2011-08-08 | 用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102390975B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104119061A (zh) * | 2014-06-27 | 2014-10-29 | 四川大学 | 用于模拟覆盖层的地质力学模型相似材料及其制备方法 |
| CN105675385A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-15 | 三峡大学 | 可模拟软弱层面的地质温敏材料及其制作方法、温控系统 |
| CN106186840A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-12-07 | 同济大学 | 一种模拟富水围岩条件下的试验用模型土及其制备方法 |
| CN108333028A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-07-27 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料及其制备方法 |
| CN110220787A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-10 | 四川大学 | 一种测定裂隙岩体试件水岩耦合弱化效应的加载路径方法 |
| CN110376076A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 四川大学 | 一种边坡模型软弱结构面降强材料及模拟方法和应用 |
| CN110470517A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-19 | 四川大学 | 一种地质力学模型试验中多组非正交节理的模拟制作方法 |
| CN110532694A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-12-03 | 四川大学 | 一种基于地质力学模型综合法试验的拱坝安全评价方法 |
| CN113173737A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-07-27 | 四川华能泸定水电有限公司 | 用于模拟边坡危岩体的模型相似材料及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1792990A (zh) * | 2005-11-23 | 2006-06-28 | 山东大学 | 铁晶砂胶结岩土相似材料及其制备方法 |
-
2011
- 2011-08-08 CN CN 201110225644 patent/CN102390975B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1792990A (zh) * | 2005-11-23 | 2006-06-28 | 山东大学 | 铁晶砂胶结岩土相似材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 何显松等: "地质力学模型试验方法与变温相似模型材料研究", 《岩石力学与工程学报》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104119061A (zh) * | 2014-06-27 | 2014-10-29 | 四川大学 | 用于模拟覆盖层的地质力学模型相似材料及其制备方法 |
| CN105675385A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-15 | 三峡大学 | 可模拟软弱层面的地质温敏材料及其制作方法、温控系统 |
| CN106186840A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-12-07 | 同济大学 | 一种模拟富水围岩条件下的试验用模型土及其制备方法 |
| CN108333028A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-07-27 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料及其制备方法 |
| CN110220787A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-10 | 四川大学 | 一种测定裂隙岩体试件水岩耦合弱化效应的加载路径方法 |
| CN110376076A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 四川大学 | 一种边坡模型软弱结构面降强材料及模拟方法和应用 |
| CN110470517A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-19 | 四川大学 | 一种地质力学模型试验中多组非正交节理的模拟制作方法 |
| CN110532694A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-12-03 | 四川大学 | 一种基于地质力学模型综合法试验的拱坝安全评价方法 |
| CN110532694B (zh) * | 2019-08-29 | 2023-02-28 | 四川大学 | 一种基于地质力学模型综合法试验的拱坝安全评价方法 |
| CN113173737A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-07-27 | 四川华能泸定水电有限公司 | 用于模拟边坡危岩体的模型相似材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102390975B (zh) | 2013-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102390975B (zh) | 用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法 | |
| CN102390961B (zh) | 用于模拟岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法 | |
| CN104119061A (zh) | 用于模拟覆盖层的地质力学模型相似材料及其制备方法 | |
| CN101560083A (zh) | 一种尾矿干粉砂浆 | |
| CN104496387A (zh) | 一种基于软岩遇水软化特性的相似材料及其制备方法 | |
| CN103332893B (zh) | 一种新型干混抹灰砂浆 | |
| CN104003655A (zh) | 一种脆性岩石相似材料及其制备方法 | |
| CN101734899B (zh) | 一种模拟iv类围岩的试验用模型土及其制备方法 | |
| CN108503293A (zh) | 一种添加粉煤灰的偏高岭土基地质聚合物及其制备方法 | |
| CN102701696A (zh) | 一种露天转地下开采模型试验矿岩相似材料 | |
| CN102976692A (zh) | 适用地下水封油库的掺矿粉高性能喷射混凝土及制备方法 | |
| Liu et al. | Effect of Organic Material Type and Proportion on the Physical and Mechanical Properties of Vegetation‐Concrete | |
| CN106007605B (zh) | 无水短养护软岩相似模型材料及其制备方法 | |
| CN104387012A (zh) | 一种偏硅酸钠胶结岩石相似材料及其制备方法 | |
| CN103130459A (zh) | 一种模拟软土地基的高压缩性相似模型土 | |
| CN104150815B (zh) | 一种建筑用轻体砖及其制造方法 | |
| CN106986575B (zh) | 一种高效混凝土性能增强添加剂及其制备方法 | |
| CN102890020A (zh) | 一种软岩物理模拟试验的模型材料 | |
| CN103693932A (zh) | 一种地质聚合物/废橡胶粉复合干粉材料及其制备方法 | |
| CN102976700B (zh) | 用于模拟磷矿床软夹层的模型试验材料及其制备方法 | |
| CN103588450B (zh) | 一种含有建筑废弃物的粉煤灰蒸压砖 | |
| CN116283183A (zh) | 一种富水软弱夹层砂质泥岩相似模拟材料及其制备方法 | |
| CN115466099B (zh) | 利用废旧风电叶片制备透水砖的方法 | |
| CN107986681A (zh) | 用于模拟岩体中夹层的地质力学模型相似材料及制备方法 | |
| CN102718443A (zh) | 隧道高温岩面陶粒双掺喷射混凝土 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130116 Termination date: 20160808 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |