低强度相似材料参数敏感性正交试验研究

用相似模拟试验进行低强度相似材料参数敏感性试验,选择铁矿粉、重晶石粉、砂及石膏用量4因素5水平进行正交试验。结果表明,铁矿粉和石膏用量分别对相似材料的容重和抗压强度有显著影响,随铁矿粉用量增大,相似材料容重呈增大趋势,随石膏用量增大,相似材料抗压强度逐渐增大;模拟铁矿体合理配比为:m(重晶石)∶m(铁矿粉)∶m(砂)∶m(石膏)=21∶78∶40∶8。     

矿山高陡边坡多介质复合相似材料强度对比试验

相似材料强度特性直接影响物理相似模拟实验设计和边坡稳定性预测的可靠性和准确性。以水厂铁矿为依托,通过现场地质勘察、理论计算、调控介质配比组分和试验等方法,考虑岩体脆性和延性特点,开展了多介质复合相似材料强度试验及对比分析,揭示单轴压缩下相似材料应力累积与损伤演化规律和强度之间的内在关系,确定相似材料配比参数,为大型三维物理相似模拟实验提供了依据。     

低强度相似材料正交配比试验

为准确地配出满足相似模拟试验需求的低强度相似材料,以沙子为骨料,粉煤灰和石膏为胶结料,采用正交试验的方法进行配比试验研究.试验结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,能满足不同比例模拟试验对相似材料的要求;相似材料的抗压强度和弹性模量皆随砂胶比和胶结物比例的增加呈现明显的减小趋势,砂胶比与材料的抗压强度和弹性模量近似呈线性关系,胶结物比例与材料的强度和弹性模量近似呈现乘幂关系;采用极差分析法分析了砂胶比和胶结物比例的敏感度,并作出了其对相似材料力学参数影响的直观分析图,胶结物比例较砂胶比对材料的抗压强度和弹性模量的影响皆更为显著.该成果对相似模型材料配比的选取具有定的参考价值和指导意义.     

高填土涵洞相似材料的试验研究

基于相似理论和量纲分析法,推导出相似指标,并作为试验相似与否的判定原则.以砂、石膏、硅藻土混合物为相似材料,进行相似材料模拟试验.用正交法设计初次试验,用抗压强度相似指标控制试验的相似程度.通过极差分析,得出材料力学指标4个影响因素的重要程度,并在此基础上小范围调整配比进行二次试验,得到符合力学相似指标要求的材料配比.用上述试验设计方法替代全面试验法,可以通过最少的试验次数得到符合相似指标要求的材料配比,大大减少试验次数和时间.试验得出的相似材料配比与力学指标的变化规律,对实际工程相似材料模拟具有一定的参考意义.     

基于地质力学模型试验的岩体相似材料配比研究

为了确定适用于模拟实际工程岩体的相似材料及其配比,以相似材料中重晶石粉、膨润土和胶水的质量占比为研究对象,根据地质力学模型试验的相似原理,设计了4种配比试验。通过单轴压缩试验获得了不同配比下相似材料的应力-应变曲线,采用最小二乘法进行曲线拟合得出其变形模量,并与实际工程岩体进行对比,然后对相似材料中的各组分进行敏感性分析,确定了该试验所采用的最终配比。结果表明:重晶石粉∶膨润土∶胶水=12∶0.3∶1.5(工业胶∶水=1∶2)时,重晶石粉、膨润土和工业胶的质量占比分别为89.96%、2.17%和3.63%,该配比下相似材料密度为2.0 g/cm~3时,相应的变形模量和抗压强度分别为87.45、0.686 MPa。因此,该配比下的相似材料能够模拟力学参数范围大的岩体,可以为地质力学模型试验提供依据。     

一种页岩相似材料的配制及其力学性能的研究

以地质力学模型试验的相似理论和相似材料的选择原则为基础,以砂子为骨料,石蜡为胶结剂,石膏为调节剂作为相似材料制成了一批可以模拟页岩的模型试件。该相似材料满足相似原理,且具有取材方便、经济成本低、制作工艺简单、成型时间短以及变形量大等优点。对5种不同配比下的软岩相似材料试件进行了大量的单轴、三轴试验,验证了该相似材料模拟页岩具有可行性。结果表明,该相似材料的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角随砂胶质量比的增大而减小,泊松比随砂胶质量比的增大而增大。该研究为进一步的模型试验提供了理论指导。     

相似材料模拟中的材料配比

本文以相似准则为理论依据,实验研究了相似材料模拟中所用材料的力学性能,通过调解材料之间的配比并经过配比试验得知,随着相似材料所含的骨料、胶结物及水份的改变,其力学性能将有较大的变化。文中所提供的配比数据,经过多次造型试用,证明是可行的     

三维固流耦合相似模拟理论与方法

从固流耦合的理论出发，通过建立的三维固流耦合数学模型，运用相似理论推导了三维固流耦合作用下的相似模拟准则。并通过大量相似材料配制试件的力学与渗透特性的实验，主要是其强度、渗透性、隔水性等，得出了几种典型的隔水层与含水层的相似材料配比，为今后真实再现工程实际中的固流耦合问题的研究提供模拟的理论依据及材料配比，同时介绍了作者单位研制的大型三维固流耦合相似模拟实验设备及其测试系统。     

用于模拟煤体爆破的相似材料实验研究

为在实验室利用模型材料代替真实煤体进行模拟煤体爆破,基于相似理论,采用测试模型材料物理特性、静力学特性和动力学特性等相结合的方法,对用于模拟煤体爆破的相似材料进行实验研究,得出了用于模拟煤体爆破的相似材料组成为水泥+石膏+粉煤+沙子+云母碎+水和相应配比为15∶2∶70.5∶3∶0.5∶9,相似比为1,该组成和配比制作的相似材料物理特性、静力学和动力学等参数与真实煤体基本一致,可以代替真实煤体进行爆破实验。研究成果为在实验室利用模型材料代替真实煤体实现对深孔控制爆破技术等相关爆破实验研究提供材料基础。     

煤岩模拟材料的力学特性

为探究煤岩抗压强度随材料配比变化的关系,满足实验模拟煤壁强度特性的要求,基于不同配比的煤岩试样,开展单轴加载实验.分析不同材料配比下煤岩的强度特征、变形特征及劈裂形态,研究并确定煤岩抗压强度与煤岩材料配比的定量关系.结果表明：在实验研究范围内,随着煤粉与水泥配比的增大,煤岩抗压强度呈指数关系减小,其拟合关系式为σc=92.124e-1.0969ξ.根据煤岩材料不同配比下的强度大小,结合其煤岩坚固性系数关系,可以判别煤岩体类型,为实验模拟煤壁强度特性提供依据.     

沥青砂混合料新型软岩相似材料的试验研究

在地质力学模型材料研究的基础上,根据相似理论,通过大量的力学试验和数据分析,最终研制出一种模拟软岩特性的相似材料.该相似材料是用硬质沥青作为胶结剂,砂和锌粉作为骨料,橡胶粉作为调节剂混合而成的.对相似材料进行了常规的单轴压缩、劈裂拉伸和直剪试验,测定了该相似材料在不同配比下的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、摩擦角等参数;并研究了养护时间对相似材料力学性能的影响.结果表明：该相似材料能很好地满足相似材料的选材要求,其物理力学参数变化范围大,破坏现象与软岩的非常相似,是模拟软岩的理想材料.     

隧道爆破力学模型相似材料配比的正交试验

以砂岩作为模拟对象,研究满足隧道爆破力学模型试验要求的相似材料配比问题.基于正交试验法,选取石英砂、重晶石粉、石膏、水泥和水为相似材料,设置以石英砂/固体、水泥/石膏、重晶石粉/(重晶石粉+石英砂)的质量比为3个因素,每个因素3个水平,共9组配比的正交试验方案.通过室内试验,得到相似材料的密度、单轴抗压强度、弹性模量和声波波速的实测数据.试验结果表明:相似材料的物理力学参数分布范围较广,可满足不同隧道模型试验对相似材料的配比要求.利用极差敏感分析法分析各因素对相似材料参数的敏感性,并通过各因素对相似材料参数影响的直观分析图,分析各因素对相似材料物理力学参数的影响规律.对试验数据进行多元线性回归分析和室内试验,发现最优配合比下的相似材料与原型砂岩的单轴应力-应变曲线具有相似的脆性破坏特征;相似材料物理力学参数的设计值和实测值误差较小.     

岩石点荷载试验在隧道动态围岩分级中的应用——以郑万高铁向家湾隧道为例

点荷载试验可以在施工现场简便快捷地获取岩石强度,但现有的点荷载强度和单轴抗压强度经验换算公式在不同地区、不同岩性的岩石中难以具有普适性。本文以向家湾隧道三叠系灰岩为研究对象,开展了大量点荷载与单轴抗压对比试验;并采用数值模拟研究了不同形状岩块在点荷载作用下的应力分布,从理论上印证了点荷载试验在不同形状的岩块中的适用性;在此基础上建立了适用于兴山地区三叠系灰岩的点荷载强度和单轴抗压强度经验换算公式,并以此为依据对向家湾隧道试验段灰岩围岩进行了亚分级,为今后具有相似工程地质条件的地区的工程建设提供借鉴。     

基于正交设计的土质相似材料配比试验研究

以黏土、重晶石粉、粉细砂和膨润土为原材料,配制振动台模型试验中的土质相似材料,并基于正交设计方法,通过直接剪切与压缩试验,对影响土质相似材料物理力学参数的各配比因素进行敏感性分析.结果表明,不同配比相似材料的参数取值范围较广,能够满足大部分模型试验对土质相似材料的要求.研究成果可为类似模型试验土质相似材料的配比选取提供参考.     

软土地层基坑群模型试验相似材料研制及应用

针对基坑群连续开挖存在的耦合效应,首先确定相似材料配比方案,其次通过正交试验得出合理的配比材料,进而设计基坑群模型试验,研究了两侧基坑叠加作用影响下车站基坑的围护结构和土体表层变形。研究结果表明：满足该软土地层相似常数的土层材料配比为石英砂：滑石粉：双飞粉：膨润土：水=0.27：0.27：0.232：0.058：0.17;相较于无邻近基坑开挖的地铁站,旁侧存在基坑开挖时由于相邻墙体引起的墙后土拱效应叠加而减小了坑间土体水平应力,进而减小开挖引起的围护结构受力和变形,但坑间土体沉降较大;基坑间距是支护结构变形的主要影响因素,两侧基坑间距位于1-2H之间（H为基坑深度）,接近1倍开挖深度一侧的叠加影响大于接近2倍开挖深度一侧。基于所配相似材料开展的基坑群模型试验具有很好的试验效果,对相关基坑群模型试验有一定参考作用。     

复合助剂改性混凝土的韧性与刚性研究

采用正交试验研究了水胶比、胶粉掺量、硅粉掺量以及消泡剂掺量对混凝土的韧性与刚性的影响规律。结果表明:四个因素对混凝土的折压比影响的主次顺序是胶粉掺量最大,消泡剂掺量次之,水胶比第三,硅粉掺量最小;而对于弹性模量影响的主次顺序是胶粉掺量最大,硅粉掺量次之,消泡剂掺量第三,水胶比最小。胶粉能显著提高混凝土的折压比,改善混凝土的韧性;且胶粉掺量越大,效果越明显。组成参数为水胶比0.35、胶粉掺量8.0%、硅粉掺量6.0%、消泡剂掺量0.8%的复合助剂改性混凝土混凝土,其抗折强度为7.05 MPa,折压比为0.159,弹性模量为20.16 GPa,其综合力学性能良好,韧性最大,适合用作混凝土路面材料。     

透明脆性材料预制裂纹压缩破坏机制试验研究

自然界中的岩体含有大量的原生裂纹,这些裂纹在外载作用下扩展和相互贯通最终导致岩体失稳破坏。由于真实岩石为不透明材料,观察研究其原生裂纹的扩展演化机制十分困难。最新研制了一种新型材料;该材料透明度高,且具有很好的脆性和单轴压缩剪涨性,可以作为模拟岩石的相似材料,在该材料内部及表面预制裂纹,观察分析预制裂纹不同赋存方式对材料破坏机制的影响。试验中清晰观察到次生裂纹萌生扩展各个阶段的形状及预制裂纹不同的赋存方式对材料破坏模式的影响,以及表面预制裂纹赋存深度与试件强度和次生裂纹裂最终扩展宽度的关系。试验所得的成果对于研究真实岩体的破坏机制具有重要的参考价值。     

模糊评价在软弱土质相似材料正交试验中的应用

以洗衣液、石膏粉、重晶石粉、膨润土、石英砂和水为原料,基于正交试验法获得了不同配比软弱土质相似材料的密度、黏聚力和内摩擦角等物理力学指标。采用极差法分析了各因素对3种指标影响的敏感性,研究了各因素对相似材料参数的影响规律;通过模糊评价方法对各配比进行了综合分析。结果表明:不同配比的相似材料各参数指标分布范围较大,能够满足大部分土质材料模型试验的要求;基于正交试验的模糊综合评价方法能够根据试验需求给出可靠的配比方案。研究结果可为该类模型试验土质相似材料的配制及优选工作提供参考。     

不同骨料固结粉胶结充填体强度试验与对比分析

为了将固结粉新型胶凝材料在金川矿山推广应用,针对目前矿山采用的4种充填骨料,开展固结粉胶结充填体强度试验研究.首先,针对龙首矿充填系统以及工业技术参数,进行4种充填骨料、3种胶凝材料和5种充填料浆浓度的试验方案设计.然后,针对4种充填骨料开展不同料浆浓度的充填体强度试验,获得了不同配比条件下胶结充填体强度.最后,针对固结粉胶凝材料进行4种骨料胶结充填体强度分析和对比研究.结果显示,除了戈壁粗砂骨料的胶结充填体3d和28d强度低于矿山设计强度外,其他3种骨料胶结充填体强度均满足金川矿山充填体设计强度.由此可见,固结粉新型胶凝材料可以替代水泥在金川矿山推广应用.