CN110041038A - 一种用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料及制法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料及制法，材料包括以重晶石和石英砂为骨料，以石膏为胶结剂，羧甲基纤维素钠为辅助粘结剂，甘油为缓凝剂，水为调和剂。制法包括按各组分用量配比称取重晶石、石英砂、石膏、羧甲基纤维素钠、甘油和水；将定量称取后的重晶石、石英砂、石膏和羧甲基纤维素钠倒入装料盆内，充分拌合均匀等。本发明能够解决现有技术中滑坡体材料无法模拟滑坡碎屑化过程的问题，材料性质稳定，没有时变性，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种滑坡物理模型实验领域，具体涉及一种用于高速远程滑坡 模拟的岩石相似材料及制法。
背景技术
高速远程滑坡是滑坡灾害的一种，由大型的岩体崩塌或滑动发展而成，具 有运动速度快、运动距离远，破坏性强等特点。高速远程滑坡动力学机理一直 是国际上的研究热点和难点，物理模型实验是揭示高速远程滑坡动力学机理的 重要手段，然而物理模型实验的真实性受限于岩石相似材料的合理性，选择真 实重现高速远程滑坡运动全过程且符合相似定律的岩石相似材料是实验进行的 重要环节。
已有的高速远程滑坡动力学机理的研究成果表明，滑体内部岩石的碎屑化 过程是影响滑坡运动与堆积的重要因素，高速远程滑坡在运动过程中，由于其 与下伏起伏地形相互作用、滑体内部岩石块体相互撞击等因素，岩石不断受力 而产生破碎，即所谓的碎屑化过程。
这一滑坡高速运动时的碎屑化过程对滑坡运动后期的堆积范围及堆积体内 部结构特征具有重要影响，继而又导致受灾范围与灾害类型的改变。例如，更 加严重的滑体破碎可能导致滑体扩散更远的距离，扩大受灾范围；又例如，滑 坡堵塞河流形成滑坡坝，由于岩石碎屑化程度的差异，滑坡坝体内部具有不同 的粒径组成，而滑坡坝内部岩屑粒径组成直接影响水在其内部的运移，从而控 制滑坡坝的溃坝模式以及溃坝时间。因此，在物理模型实验中模拟高速远程滑 坡的碎屑化过程十分重要。
然而目前高速远程滑坡的物理模型实验中，大多用石英砂颗粒代替滑坡体， 极少有人模拟滑坡碎屑化过程，严重缺乏合适的用于滑坡碎屑化过程模拟的岩 石相似材料，无法满足揭示高速远程滑坡动力学机理的实验要求。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中滑坡体 材料无法模拟滑坡碎屑化过程的问题的一种用于高速远程滑坡模拟的岩石相似 材料及制法。
为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
提供了一种用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料及制法，其以重晶石和 石英砂为骨料，以石膏为胶结剂，羧甲基纤维素钠为辅助粘结剂，甘油为缓凝 剂，水为调和剂。
进一步地，上述材料的组分的质量比为：
重晶石和石英砂质量比为8:2至5:5；
骨料和胶结剂质量比为35:1至25:1；
羧甲基纤维素钠的用量占相似材料干重质量的0.05％至0.25％，甘油的用量 占干重质量的0.05％至0.1％，调和剂为洁净的水，水的用量占干重质量的15％ 至25％。
进一步地，石英砂的粒径范围为0.1至0.25mm。
进一步地，重晶石的粒径为300目。
本发明还提供了一种上述用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料的制法， 其包括如下步骤：
S1、按各组分用量配比称取重晶石、石英砂、石膏、羧甲基纤维素钠、甘 油和水；
S2、将定量称取后的重晶石、石英砂、石膏和羧甲基纤维素钠倒入装料盆 内，充分拌合均匀；
S3、将甘油倒入水中，充分混合；
S4、将水溶液倒入混合料中，充分搅拌均匀；
S5、将拌好的混合料置入模具中，振实成型；
S6、将试件置于烘箱中，温度设置为45°，进行烘干；
S7、烘干6小时拆盒，拆盒之后，继续置于烘箱中进行二次烘干，即可得 到岩石相似材料的试件。
进一步地，二次烘干的时间为24至48小时。
本发明提供的上述用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料主要有益效果在 于：
本材料具有强度低脆性大，遵循物理模型实验的相似律，符合岩石力学特 征，且材料性质稳定，没有时变性，相似材料本身的物理力学参数可在较大范 围内调整，适合于根据实验相似比模拟大多数高速远程滑坡的碎屑化过程。
本发明提供的上述用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料的制法主要有益 效果在于：
填补了滑坡物理模型实验中碎屑化过程有效模拟的空白，为揭示高速远程 滑坡碎屑化过程对其运动和堆积特征的影响提供了合理手段。
附图说明
图1为实施例1提供的岩石相似材料在压缩实验中的应变曲线。
图2为实施例2提供的岩石相似材料在压缩实验中的应变曲线。
图3为实施例3提供的岩石相似材料在压缩实验中的应变曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，其为本发明岩石相似材料及制法在压缩实验中的应变曲线。
本发明提供了一种用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料，其采用重晶石 和石英砂为骨料，以石膏为胶结剂，羧甲基纤维素钠为辅助粘结剂，甘油为缓 凝剂，水为调和剂，经混合均匀搅拌后，迅速装模养护，即可得到。
进一步地，材料的组分的质量比为：
重晶石和石英砂质量比为8:2至5:5；骨料和胶结剂质量比为35:1至25:1； 羧甲基纤维素钠的用量占相似材料干重质量的0.05％至0.25％，甘油的用量占干 重质量的0.05％至0.1％，调和剂为洁净的水，水的用量占干重质量的15％至25％。
进一步地，石英砂的粒径范围为0.1～0.25mm，重晶石的粒径为300目。
下面是本发明提供的上述岩石相似材料的制法，其包括如下步骤：
S1、按各组分用量配比称取重晶石、石英砂、石膏、羧甲基纤维素钠、甘 油和水；
S2、将定量称取后的重晶石、石英砂、石膏和羧甲基纤维素钠倒入装料盆 内，充分拌合均匀；
S3、将甘油倒入水中，充分混合；
S4、将水溶液倒入混合料中，充分搅拌均匀；
S5、将拌好的混合料置入模具中，振实成型；
S6、将试件置于烘箱中，温度设置为45°，进行烘干；
S7、烘干6小时拆盒，拆盒之后，继续置于烘箱中进行二次烘干，即可得 到岩石相似材料的试件。
进一步地，二次烘干的时间为24至48小时，具体二次烘干时间与试件的 体积呈正相关。
实施例1：材料配比
重晶石和石英砂质量比为8：2；
骨料和胶结剂质量比为25：1；
羧甲基纤维素钠 材料干重的0.1％
甘油 材料干重的0.05％
水 材料干重的22.5％
先将按配比称取的石英砂、重晶石、石膏和羧甲基纤维素钠倒入装料盆中， 充分拌合均匀；再将按用量配比称取的甘油与水混合，充分溶解；然后将水溶 液倒入混合料中，充分拌合均匀；再将拌合好的混合料装入模具中，振动使之 密实成型；将试件置于烘箱中，温度设置为45°，进行烘干；烘干6小时拆盒， 拆盒之后，放在烘箱中24～48小时烘干即可。
制样时使用圆柱形模具，可以制成单轴压缩试样，进行物理力学参数测试。 图1是本发明实施例1在不固结不排水条件下单轴压缩应力应变曲线图。现实 中滑坡的原岩的抗压强度一般为20-250MPa，保证材料的密度与原岩相同的条 件下，根据量纲ML-1T-2的换算，通过本发明提供的岩石相似材料制成的模具， 其应力与原岩应力比应与长度L的比值相同，因此，可以得到岩石相似材料的 抗压强度，应为0.1-1.25MPa。由图1可知，实验例1的抗压强度大于0.3MPa， 满足要求。
实施例2：材料配比
重晶石和石英砂质量比为6：4；
骨料和胶结剂质量比为35：1；
羧甲基纤维素钠 材料干重的0.15％
甘油 材料干重的0.05％
水 材料干重的22.5％
先将按配比称取的石英砂、重晶石、石膏和羧甲基纤维素钠倒入装料盆中， 充分拌合均匀；再将按用量配比称取的甘油与水混合，充分溶解；然后将水溶 液倒入混合料中，充分拌合均匀；再将拌合好的混合料装入模具中，振动使之 密实成型；将试件置于烘箱中，温度设置为45°，进行烘干；烘干6小时拆盒， 拆盒之后，放在烘箱中24～48小时烘干即可。
对实验例2进行单轴压缩应力应变试验，结果如图2所示，由前述可知， 岩石相似材料的抗压强度应为0.1-1.25MPa，而实验例2的抗压强度大于0.4MPa， 满足要求。
实施例3：材料配比
重晶石和石英砂质量比为5：5；
骨料和胶结剂质量比为25：1；
羧甲基纤维素钠 材料干重的0.25％
甘油 材料干重的0.05％
水 材料干重的22.5％
先将按配比称取的石英砂、重晶石、石膏和羧甲基纤维素钠倒入装料盆中， 充分拌合均匀；再将按用量配比称取的甘油与水混合，充分溶解；然后将水溶 液倒入混合料中，充分拌合均匀；再将拌合好的混合料装入模具中，振动使之 密实成型；将试件置于烘箱中，温度设置为45°，进行烘干；烘干6小时拆盒， 拆盒之后，放在烘箱中24～48小时烘干即可。
对实验例3进行单轴压缩应力应变试验，结果如图3所示，由前述可知， 岩石相似材料的抗压强度应为0.1-1.25MPa，而实验例2的抗压强度在 0.75～1.25MPa之间，满足要求。
上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理 解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的 普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精 神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保 护之列。
Claims (6)
1.一种用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料，其特征在于，以重晶石和石英砂为骨料，以石膏为胶结剂，羧甲基纤维素钠为辅助粘结剂，甘油为缓凝剂，水为调和剂。
2.根据权利要求1所述的用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料及制法，其特征在于，所述材料的组分的质量比为：
重晶石和石英砂质量比为8:2至5:5；
骨料和胶结剂质量比为35:1至25:1；
羧甲基纤维素钠的用量占相似材料干重质量的0.05％至0.25％，甘油的用量占干重质量的0.05％至0.1％，调和剂为洁净的水，水的用量占干重质量的15％至25％。
3.根据权利要求2所述的用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料，其特征在于，所述石英砂的粒径范围为0.1至0.25mm。
4.根据权利要求2所述的用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料，其特征在于，所述重晶石的粒径为300目。
5.一种权利要求1至4所述的用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料的制法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按各组分用量配比称取重晶石、石英砂、石膏、羧甲基纤维素钠、甘油和水；
S2、将定量称取后的重晶石、石英砂、石膏和羧甲基纤维素钠倒入装料盆内，充分拌合均匀；
S3、将甘油倒入水中，充分混合；
S4、将水溶液倒入混合料中，充分搅拌均匀；
S5、将拌好的混合料置入模具中，振实成型；
S6、将试件置于烘箱中，温度设置为45°，进行烘干；
S7、烘干6小时拆盒，拆盒之后，继续置于烘箱中进行二次烘干，即可得到岩石相似材料的试件。
6.根据权利要求1所述的用于高速远程滑坡模拟的岩石相似材料及制法，其特征在于，所述二次烘干的时间为24至48小时。
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