CN103852357B - 单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模拟均质岩石模型抗压技术领域，公开一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型及制备方法，包括：均质岩石上层模型体、合模层、均质岩石下层模型体和洞室，所述均质岩石上层模型体通过合模层与均质岩石下层模型体粘合连接构成均质岩石模型体，所述均质岩石模型体中心设置有圆柱形腔体的洞室。本发明的合模材料在硬化过程中吸收游离水分而自然干燥，无需烘干，适宜于大面积粘结。并且采用物理性质相同的脆性材料合模材料、模型材料，能够确保上、下半模型的破坏裂缝可以相互贯通连接，保证上、下半模型的破坏形态相同。
Description
技术领域
本发明属于模拟均质岩石模型抗压技术领域，尤其涉及一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型及制备方法。
背景技术
在进行模型试验时，需要在模型块体中间层面上布置传感器，因此，夯筑模型体时，需将模型体分为上、下两层夯筑，在下层模型体上表面布置完传感器后，再将这两个半模型合模，通过粘结剂粘结为一个整体。在地质力学模型试验中，对粘结剂的要求是：具有一定的粘结强度，抗压强度等物理力学参数与被粘结的模型材料相近，固化后在室温下性能稳定，模型体的断裂线能够穿过粘结，保证上、下面破坏形态的相似，目前常用的粘结剂有：
（1）以环氧树脂为主要成份的粘结剂
环氧树脂粘结剂的优点是其不含游离水分，可在常温下固化，无需烘烤，其力学性能可采用不同配比来改变。但这种粘结剂强度高，当模型材料强度较低时，模型中的断裂线常不能穿过粘结面，造成上、下面破坏形态的不同。
（2）淀粉—石膏粘结剂
这种材料的优点是粘结面力学性能与模型材料性能相近，缺点是由于有游离水分的存在，需要烘烤，大面积粘结时，不易干燥。
（3）桃胶—石膏粘结剂
这种材料的优点与淀粉—石膏粘结剂相同。
本次模型试验选取的材料强度低，不能够选用环氧树脂型粘结剂；而且粘结面大，不具备烘烤干燥条件，不能选取淀粉—石膏或桃胶—石膏粘结剂。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型及制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型，包括：均质岩石上层模型体、合模层、均质岩石下层模型体和洞室，所述均质岩石上层模型体通过合模层与均质岩石下层模型体粘合连接构成均质岩石模型体，所述均质岩石模型体中心设置有圆柱形腔体的洞室。
一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型的制备方法，采用均质岩石上层模型体与均质岩石下层模型体通过合模层粘合成均质岩石模型体，并在均质岩石模型体中心开挖洞室的合模层上分布有单轴抗压试验的传感器，其具体步骤如下：
1、首先制合模材料，合模材料选取：水泥、轻质CaCO3、水玻璃和水的混合物作为合模材料；
其重量配比为：水泥：轻质CaCO3：水玻璃：水的混合物=（0.8-1.2）:（0.08-0.12）:（0.06-0.08）:（0.6-0.8）；
其中水泥的作用是提供粘结面强度，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号为P.O.32.5；
轻质CaCO3的作用是提高混合材料的和易性，增加其流动性，轻质CaCO3采用1250目的微粉状碳酸钙；
水玻璃的作用是起早强作用，确保合模材料在室温20摄氏度自然养护条件下，其抗压强度达到1.9MPa压力；水玻璃目数采用2.6—2.8，密度为1.3—1.4g/cm3的建筑用水玻璃；
2、均质岩石模型的制备方法：
（1）制均质岩石下层模型体，将下层钢模具组装好，然后在其内部填充均质岩石砂浆料，并夯筑、固化形成下层模型体；
（2）中间层面成型，下层模型体夯筑完成后，在其表面放置一厚度为1.0mm±0.2mm的薄塑料板；
该塑料板有两个作用：一是避免夯筑上层模型体时，两个模型体粘结在仪器上，二是形成光滑的层面，用以布置传感器；
（3）制均质岩石上层模型体，将上层钢模具组装完成，放置在下层钢模具上并与其连接在一起，然后夯筑上层模型体；
（4）在中间层面上布置传感器，待模型体养护28天后，将均质岩石上层模型体吊起放置一边，掀起均质岩石下层模型体表面的薄塑料板，然后布置传感器；
（5）然后将均质岩石上层模型体与均质岩石下层模型体进行合模，将合模材料倾倒在布置有传感器的均质岩石下层模型体上表面，并刮平，然后将均质岩石上层模型体放置上去；
（6）开挖试验的洞室，待合模材料养护2天，达到强度后，在模型体内开挖圆柱形腔体试验的洞室；
待洞室开挖完毕，即完成放置在压力机上进行试验的单轴抗压强度20MPa—30MPa均质岩石模型体的制备。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型及制备方法，
这种合模材料的优点是：
a.合模材料为水硬性材料，在硬化过程中吸收游离水分而自然干燥，无需烘干，适宜于大面积粘结。
b.密度和抗压强度与模型材料的相近。经测定，合模材料的密度为1.9×103Kg/m3,模型材料的密度为1.8×103Kg/m3;
合模材料的单轴抗压强度为1.9MPa，模型材料的单轴抗压强度为2.0MPa。
c.物理性质相同。合模材料为脆性材料，模型材料也为脆性材料，两者物理性质相同。
上述两个优点可以确保上、下半模型的破坏裂缝可以相互贯通连接，保证上、下半模型的破坏形态相同。
附图说明
图1是均质岩石下层模型体的成型示意图；
图2是均质岩石下层模型体上表面放置薄塑料板的成型示意图；
图3是均质岩石上层模型体的成型示意图；
图4是均质岩石模型的结构示意图。
具体实施方式
结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1、2、3、4所示，一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型，包括：均质岩石上层模型体1、合模层3、均质岩石下层模型体2和洞室4，所述均质岩石上层模型体1通过合模层3与均质岩石下层模型体2粘合连接构成均质岩石模型体，所述均质岩石模型体中心设置有圆柱形腔体的洞室4。
一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型的制备方法，采用均质岩石上层模型体与均质岩石下层模型体通过合模层粘合成均质岩石模型体，并在均质岩石模型体中心开挖洞室的合模层上分布有单轴抗压试验的传感器，其具体步骤如下：
1、首先制合模层3材料，合模层3材料选取：水泥、轻质CaCO3、水玻璃和水的混合物作为合模材料；
其重量配比为：水泥：轻质CaCO3：水玻璃：水的混合物=（0.8-1.2）:（0.08-0.12）:（0.06-0.08）:（0.6-0.8）；
其中水泥的作用是提供粘结面强度，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号为P.O.32.5；
轻质CaCO3的作用是提高混合材料的和易性，增加其流动性，轻质CaCO3采用1250目的微粉状碳酸钙；
水玻璃的作用是起早强作用，确保合模材料在室温20摄氏度自然养护条件下，其抗压强度达到1.9MPa压力；水玻璃目数采用2.6—2.8，密度为1.3—1.4g/cm3的建筑用水玻璃；
2、均质岩石模型的制备方法：
（1）制均质岩石下层模型体2，将下层钢模具组装好，然后在其内部填充均质岩石砂浆料，并夯筑、固化形成下层模型体，见图1。
（2）中间层面成型，下层模型体夯筑完成后，在其表面放置一厚度为1.0mm±0.2mm的薄塑料板5；
该塑料板有两个作用：一是避免夯筑上层模型体时，两个模型体粘结在仪器上，二是形成光滑的层面，用以布置传感器；见图2。
（3）制均质岩石上层模型体1，将上层钢模具组装完成，放置在下层钢模具上并与其连接在一起，然后夯筑上层模型体，见图3。
（4）在中间层面上布置传感器，待模型体养护28天后，将均质岩石上层模型体吊起放置一边，掀起均质岩石下层模型体表面的薄塑料板，然后布置传感器；
（5）然后将均质岩石上层模型体1与均质岩石下层模型体2进行合模，将合模材料倾倒在布置有传感器的均质岩石下层模型体上表面，并刮平，然后将均质岩石上层模型体1放置上去；
（6）开挖试验的洞室4，待合模材料养护2天，达到强度后，在模型体内开挖圆柱形腔体试验的洞室4；见图4；
待洞室开挖完毕，即完成放置在压力机上进行试验的单轴抗压强度20MPa—30MPa均质岩石模型体的制备。
Claims (1)
1.一种单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型的制备方法,其特征在于：包括：均质岩石上层模型体（1）、合模层（3）、均质岩石下层模型体（2）和洞室（4），所述均质岩石上层模型体（1）通过合模层（3）与均质岩石下层模型体（2）粘合连接构成均质岩石模型体，所述均质岩石模型体中心设置有圆柱形腔体的洞室（4）；
所述的单轴抗压强度20—30MPa均质岩石模型的制备方法：采用均质岩石上层模型体（1）与均质岩石下层模型体（2）通过合模层（3）粘合成均质岩石模型体，并在均质岩石模型体中心开挖洞室（4）的合模层上分布有单轴抗压试验的传感器，其具体步骤如下：
1）、首先制合模层（3）材料，合模材料选取：水泥、轻质CaCO3、水玻璃和水的混合物作为合模材料；
其重量配比为：水泥：轻质CaCO3：水玻璃：水的混合物=（0.8-1.2）:（0.08-0.12）:（0.06-0.08）:（0.6-0.8）；
其中水泥的作用是提供粘结面强度，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号为P.O.32.5；
轻质CaCO3的作用是提高混合材料的和易性，增加其流动性，轻质CaCO3采用1250目的微粉状碳酸钙；
水玻璃的作用是起早强作用，确保合模材料在室温20摄氏度自然养护条件下，其抗压强度达到1.9MPa压力；水玻璃目数采用2.6—2.8，密度为1.3—1.4g/cm3的建筑用水玻璃；
2）、均质岩石模型的制备方法：
（1）制均质岩石下层模型体（2），将下层钢模具组装好，然后在其内部填充均质岩石砂浆料，并夯筑、固化形成下层模型体；
（2）中间层面成型，下层模型体夯筑完成后，在其表面放置一厚度为1.0mm±0.2mm的薄塑料板（5）；
该塑料板有两个作用：一是避免夯筑上层模型体时，两个模型体粘结在仪器上，二是形成光滑的层面，用以布置传感器；
（3）制均质岩石上层模型体（1），将上层钢模具组装完成，放置在下层钢模具上并与其连接在一起，然后夯筑上层模型体；
（4）在中间层面上布置传感器，待模型体养护28天后，将均质岩石上层模型体吊起放置一边，掀起均质岩石下层模型体表面的薄塑料板，然后布置传感器；
（5）然后将均质岩石上层模型体（1）与均质岩石下层模型体（2）进行合模，将合模材料倾倒在布置有传感器的均质岩石下层模型体（2）上表面，并刮平，然后将均质岩石上层模型体（1）放置上去；
（6）开挖试验的洞室（4），待合模材料养护2天，达到强度后，在模型体内开挖圆柱形腔体试验的洞室（4）；
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