CN108333028A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料及制备方法，该模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料易于成型，力学性能稳定，无污染，价格便宜。本发明的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，包括组分A和组分B，其中所述的组分A按重量份数计由以下组分混合而成：石膏粉8～16份、生石灰粉8～16份、细砂35～50份、重晶石粉20～30份，所述的组分B为水，水用量为12～16份，其中使用时组分A与组分B混合均匀即可使用。

Description

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
技术领域
本发明涉及一种相似材料及其制备方法，更具体地说涉及一种用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料及制备方法。
背景技术
膨胀岩属于软岩，具有含水量高，孔隙比大，密度小等特点。它富含较多的亲水矿物成分，在水的物理化学作用下容易产生吸水膨胀、强度降低、崩解，失水后出现干缩、开裂等特性，表现出“湿胀干缩”特性。膨胀岩在我国广泛分布，诱发了很多地质灾害和工程问题；在交通工程、建筑工程和水利工程中，当遇到膨胀岩时，易产生隧洞围岩变形，衬砌开裂，支护失稳等严重危害，因而成为世界工程地质和岩石力学领域中最复杂的课题之一。针对膨胀岩工程问题的研究，目前采用的方法主要有理论研究、数值分析和物理模型试验，其中地质力学模型试验体现出独特的优势。地质力学模型试验的科学性取决于建造模型的相似材料与所模拟的膨胀岩具有相同的物理变化过程，而相似材料主要是利用人工材料模拟天然岩石，在基本满足相似原理的条件下，使人工材料的物理力学性能指标和天然岩石性能指标具有一定的比例关系。
由于石膏、石灰作为胶结材料，遇水后缓慢硬化，硬化后具有一定强度，体积明显膨胀，而且在潮湿环境中，已硬化的石膏、石灰能在水中溶解溃散，这种在干湿环境中的性质与膨胀岩相似，因而可以作为模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料使用，而且具有原材料来源丰富、价格便宜、易于制作，物理力学性能稳定、无污染等优点。
以石膏粉和生石灰粉为胶凝材料，以细砂和重晶石粉为填料配制相似材料，各组分重量百分比的范围分别为：石膏粉8～16份，生石灰粉8～16份，细砂35～50份，重晶石粉20～30 份；水用量为12～16份。该产品易于成型，力学性能稳定，对环境无污染，容重1660～ 1840kg/m3，28天抗压强度能够达到0.5～1.2MPa，弹性模量达到27～100MPa，自由膨胀率为 35～55％，在地质力学模型试验中可以模拟膨胀岩。
发明内容
本发明解决了现有技术中模拟膨胀岩石时相似材料难以达到较高强度和容重的问题，提供一种用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，该模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料易于成型，力学性能稳定，无污染，价格便宜。
同时本发明还提供该相似材料的制备方法，该制备方法简单易行，成本低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，包括组分A和组分B，其中所述的组分A按重量份数计由以下组分混合而成：
所述的组分B为水，水用量为12～16份，其中使用时组分A与组分B混合均匀即可使用。
本发明的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，其进一步的技术方案还可以是所述的细砂的粒径为0.6-1.18mm。
本发明的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，其进一步的技术方案还可以是所述的重晶石粉的粒径为0.6-0.9mm。
本发明的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，其进一步的技术方案还可以是所述的石膏粉粒径为45-75μm。
本发明的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，其进一步的技术方案还可以是所述的生石灰粉粒径为45-75μm。
本发明的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料的制备方法，其包括以下步骤：
将细砂、重晶石粉和石膏粉、生石灰粉加入到水泥砂浆搅拌机中，低速搅拌30秒后，在第二个30秒加入水，再高速搅拌60秒，结束即可。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明由于采用重晶石粉作为填料，采用石膏粉和生石灰粉作为胶结材料实现膨胀岩的湿胀干缩特性，保证了相似材料的较大容重和较高强度，力学性能稳定，易于成型，无污染，膨胀等多种性能，在地质力学模型试验中可以模拟膨胀岩石。另外组成本发明的相似材料的各组分原料易得，未使用任何特殊的昂贵原料和复杂成型工艺，因此成本较低。
以石膏粉和生石灰粉为胶凝材料，以细砂、重晶石粉为填料配制相似材料，各组分重量百分比的范围分别为：石膏粉8～16份，生石灰粉8～16份，细砂35～50份，重晶石粉20～30 份；水用量为12～16份。本发明的产品易于成型，力学性能稳定，无污染，容重达到1660～ 1840kg/m3，28天后抗压强度能够达到0.5～1.2MPa，弹性模量达到27～100MPa，自由膨胀率 35～55％，在地质力学模型试验中可以模拟膨胀岩。
同时本发明的制备方法，工艺简单，条件温和。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明的范围不限于下面的实施例。
实施例1
相似材料所述的组分A中以100份为基准，石膏粉10份，生石灰粉10份，细砂48份，重晶石粉20份；组分B以其组分水用量为12份。将石膏粉、生石灰粉、细砂、重晶石粉加入到水泥胶砂搅拌机中，低速搅拌30秒后，在第二个30秒加入水，再高速搅拌60秒，结束即可。
本发明的产品，容重在1730kg/m3，自由膨胀率45％，28天抗压强度和弹性模量分别为 0.71MPa、62.8MPa。
实施例2
相似材料所述的组分A中以100份为基准，石膏粉10份，生石灰粉10份，细砂38份，重晶石粉27份；组分B以其组分水用量为15份。将石膏粉、生石灰粉、细砂、重晶石粉加入到水泥胶砂搅拌机中，低速搅拌30秒后，在第二个30秒加入水，再高速搅拌60秒，结束即可。
本发明的产品，容重在1820kg/m3，自由膨胀率47％，28天抗压强度和弹性模量分别为 0.64MPa、53.1MPa。
实施例3
相似材料所述的组分A中以100份为基准，石膏粉12份，生石灰粉8份，细砂38份，重晶石粉27份；组分B以其组分水用量为15份。将石膏粉、生石灰粉、细砂、重晶石粉加入到水泥胶砂搅拌机中，低速搅拌30秒后，在第二个30秒加入水，再高速搅拌60秒，结束即可。
本发明的产品，容重在1840kg/m3，自由膨胀率36％，28天抗压强度和弹性模量分别为 0.97MPa、76.4MPa。
实施例4
相似材料所述的组分A中以100份为基准，石膏粉16份，生石灰粉8份，细砂42份，重晶石粉20份；组分B以其组分水用量为14份。将石膏粉、生石灰粉、细砂、重晶石粉加入到水泥胶砂搅拌机中，低速搅拌30秒后，在第二个30秒加入水，再高速搅拌60秒，结束即可。
本发明的产品，容重在1700kg/m3，自由膨胀率41％，28天抗压强度和弹性模量分别为 1.23MPa、100.9MPa。
实施例5
相似材料所述的组分A中以100份为基准，石膏粉8份，生石灰粉16，细砂42份，重晶石粉20份砂；组分B以其组分水用量为14份。将石膏粉、生石灰粉、细砂、重晶石粉加入到水泥胶砂搅拌机中，低速搅拌30秒后，在第二个30秒加入水，再高速搅拌60秒，结束即可。
本发明的产品，容重在1660kg/m3，自由膨胀率55％，28天抗压强度和弹性模量分别为 0.53MPa、27.4MPa。

Claims (6)

1.一种用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，包括组分A和组分B，其特征在于：所述的组分A按重量份数计由以下组分混合而成：
所述的组分B为水，水用量为12～16份，其中使用时组分A与组分B混合均匀即可使用。
2.根据权利要求1所述的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，其特征在于所述的细砂的粒径为0.6-1.18mm。
3.根据权利要求1所述的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，其特征在于所述的重晶石粉的粒径为0.6-0.9mm。
4.根据权利要求1所述的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，其特征在于所述的石膏粉粒径为45-75μm。
5.根据权利要求1所述的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料，其特征在于所述的生石灰粉粒径为45-75μm。
6.一种如权利要求1-5任一所述的用于模拟膨胀岩的地质力学模型试验相似材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将细砂、重晶石粉和石膏粉、生石灰粉加入到水泥砂浆搅拌机中，低速搅拌30秒后，在第二个30秒加入水，再高速搅拌60秒，结束即可。
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