CN102911639B - 一种磁敏性相似材料 - Google Patents
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Abstract
一种磁敏性相似材料，属于具有磁性的岩土体相似材料。采用石英砂，双飞粉，膨润土，钕铁硼和水按质量比配制而成。先称取钕铁硼、双飞粉、膨润土和石英砂，将其混合并搅拌均匀，再加入水均匀搅拌而成。该相似材料未充磁前是无磁性的，充磁后具备磁性，置于磁场中，所受到磁力可实现重力场的模拟。其力学性质符合岩土材料力学性质，原材料来源广泛，易于加工，不需要养护，成本低廉且无毒。特点：（1）该相似材料其粘聚力在0KPa~110KPa之间，内摩擦角在7°~32°之间，基本符合岩土材料相关力学性质。（2）通过调整不同配比，可调整相应的力学性质，模拟不同的岩土材料。（3）磁力值随钕铁硼含量可调。（4）提高了试验的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有磁性的岩土体相似材料，尤其是一种磁敏性相似材料。
背景技术
近几十年来，随着地下电站，地下城市，地下储能，深部矿山，深部石油开采，地铁、隧道，及放射性核废料地下储存等地下工程的不断发展，岩土工程的研究重点日益转向地下。但是由于岩土本身的复杂性使得对其的研究成为了一个难点。
相似模型试验由于可模拟多重复杂边界条件，且在基本满足相似原理的条件下，能更真实的反应岩土工程的特性。因此在岩土工程研究中得到了广泛应用。现有研究中离心模拟试验由于可以较易的实现重力场而得到广泛应用，但由于其存在造价、维护费用高，测试困难等问题，有学者提出用磁力场模拟重力场的试验方法。
以磁力场模拟重力场技术的关键之一就是磁敏性相似材料的研制，现有的岩土相似材料虽然有很多种，但这些材料仅仅是为了满足模型试验材料要求。现还未有一种土体相似材料可以作为试验材料之用外，还可以提供力场的模拟。更未有将相似材料制作成具有磁性的相似材料，使其可在磁场中受到磁场作用力。因此研制一种具有磁敏性相似材料是必要的。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种磁敏性相似材料，解决现有离心模拟试验的造价、维护费用高，测试困难的问题。
技术方案：实现本发明目的的磁敏性相似材料，采用石英砂、双飞粉、膨润土、钕铁硼和水作为原料，经混合，均匀搅拌制备，其质量配比如下：
石英砂 100份；
双飞粉 20~200份；
膨润土 40~200份；
钕铁硼 25~400份；
水 30~150份；
所述的石英砂为20~40目的标准石英砂；
所述的膨润土和双飞粉为200目的材料；
所述的钕铁硼为100~200目的材料；
本发明的磁敏性相似材料的制备方法步骤如下：
（1）按照配比称取石英砂、双飞粉、膨润土、钕铁硼和水；
（2）先在容器内中加入少量水，使容器壁湿润，再加入石英砂、双飞粉、膨润土、钕铁硼，进行搅拌，使各掺料混合均匀。
（3）将水分成等量的三份，依次加入，每加一次都进行搅拌，直到搅拌均匀。
（4）称取试样所需的混合料，均分成三份倒入模具内，每份击实10次，最后将表面抹平。
有益效果：该相似材料未充磁前是无磁性的，充磁后具备磁性，置于磁场中，所受到磁力可实现重力场的模拟。其力学性质符合岩土材料力学性质，原材料来源广泛，易于加工，不需要养护，成本低廉且无毒，可用于模拟岩土相似材料。
本磁敏性相似材料有如下特点：
（1）该相似材料其粘聚力在0KPa~110KPa之间，内摩擦角在7°~32°之间，基本符合岩土材料相关力学性质。
（2）该相似材料通过调整不同配比，可调整相应的力学性质，模拟不同的岩土材料。
（3）置于磁场中可获得磁力，且其磁力值随钕铁硼含量可调
（4）原材料来源广泛，不需人工养护，易于认为操作控制，提高了试验的成功率。
该磁敏性相似材料具有磁性，力学性质能符合岩土材料力学性质，同时材料来源广泛，易于加工，成本低廉、无毒等特点。
附图说明：
图1为本发明磁敏性相似材料实施例一的剪切应力——位移曲线。
图2为本发明磁敏性相似材料实施例一的单轴应力-应变曲线。
具体实施方式：
实施例1： 按质量配比称量：
石英砂 100份；
双飞粉 100份；
膨润土 100份；
钕铁硼 200份；
水 82份；
所述的石英砂为20~40目的标准石英砂；
所述的膨润土和双飞粉为200目的材料；
所述的钕铁硼为100~200目的材料；
先称取按质量配比的100份石英砂、100份双飞粉、100份膨润土、200份钕铁硼和82份水。
在容器内中加入少量水，使容器壁湿润，再加入石英砂、双飞粉、膨润土、钕铁硼，进行搅拌，使各掺料混合均匀。将水分成等量的三份，依次加入，每加一次都进行搅拌，直到搅拌均匀。称取试样所需的混合料，均分成三份倒入模具内，每份击实10次，最后将表面抹平。
对该质量配比的磁敏性相似材料进行3种不同压力下的直接剪切试验，得到其试验过程中的剪切应力与剪切位移，如图1所示。
将该质量配比的磁敏性相似材料进行单轴压缩试验，放入单轴仪中，获得其单轴应力-应变关系曲线，如图2所示。
将该质量配比的磁敏性相似材料进行饱和处理，放入K0侧限仪中，获得其轴向应力与侧向应力关系曲线。
实施例2： 按质量配比称量：
石英砂 100份；
双飞粉 20份；
膨润土 40份；
钕铁硼 25份；
水 30份；
进行配比，其他与实施例1同。
实施例3： 按质量配比称量：
石英砂 100份；
双飞粉 200份；
膨润土 200份；
钕铁硼 400份；
水 150份；
进行配比，其他与实施例1同。
Claims (1)
1.一种磁敏性相似材料，其特征是：采用石英砂，双飞粉，膨润土，钕铁硼和水为原料，经混合、均匀搅拌制成；其质量配比如下：
石英砂 100份；
双飞粉 20~200份；
膨润土 40~200份；
钕铁硼 25~400份；
水 30~150份；
所述的石英砂为20~40目的标准石英砂；
所述的膨润土和双飞粉为200目的材料；
所述的钕铁硼为100~200目的材料；
具体步骤为：
（1）按照配比称取石英砂、双飞粉、膨润土、钕铁硼和水；
（2）先在容器内中加入少量水，使容器壁湿润，再加入石英砂、双飞粉、膨润土、钕铁硼，搅拌均匀；
（3）水分五份，依次加入，并继续搅拌至均匀；
（4）称取试样所要的混合料，均分成三份倒入模具内，每次击实10次，最后将表面抹平。
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