基于正交设计的石膏砂浆高岭土相似材料试验

以隧道Ⅳ级软弱围岩主要力学参数为参考标准,配制出了符合此标准的围岩相似材料——石膏砂浆高岭土相似材料(组成成分:石英砂、高岭土、石膏、水、洗衣液),并采用此相似材料进行了试验研究。采用正交试验和极差分析法分析所得力学参数黏聚力、内摩擦角和重度的试验数据,研究了石膏砂浆高岭土相似材料各组成成分对其力学参数的影响,优选出了适于Ⅳ级软弱围岩标准的最佳配比;采用三轴剪切试验和重复试验分析了相似材料在不同围压下的力学特征。试验结果表明,含水率对石膏砂浆高岭土相似材料的力学参数黏聚力和内摩擦角影响最大,当含水率适量加大时,黏聚力快速降低,内摩擦角缓慢升高;当高岭土含量加大或石膏含量减少时,黏聚力明显升高,内摩擦角降低;含砂量对试验结果影响不大;对于相似材料力学参数重度的影响,石英砂最大,其次是水,最后是高岭土和石膏。     

基于正交设计的Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料

为配制满足地质力学模型试验分析的Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料,基于正交设计法,使用水、石英砂、粘土、石膏和洗衣液这5种原材料,配制成9组混合材料。以围岩的重度γ、粘聚力c以及内摩擦角φ作为相似材料参照指标,通过直径、高度测量,称重及三轴压缩试验获得了混合材料的试验数据。将原始数据整理后,通过极差分析方法讨论了原材料各因素对相似材料特性的影响。然后调整材料配制比开展重复试验,并进行回归分析。试验结果表明,配制材料的粘聚力、内摩擦角、重度试验值基本覆盖相似材料指标的要求范围;洗衣液对相似材料粘聚力影响最大,而石膏的影响最小;洗衣液对内摩擦角的影响显著,之后依次是石膏、洗衣液和水;对材料的重度影响最大的是土砂比,其次分别为水和石膏,而洗衣液的影响甚微;重复试验配制成的材料符合Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料指标要求;回归分析得到了相似材料配制经验方程。     

基于正交设计的Ⅳ级弱膨胀性围岩相似材料试验研究

为了研制适用于隧道模型试验的Ⅳ级弱膨胀性围岩相似材料,运用正交试验设计理论,以细砂、黏土、膨润土、石灰和水作为原材料,设计了四因素四水平的正交试验方案,进行了称重、直剪、自由膨胀率和干燥饱和吸水率试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数指标。试验结果表明:相似材料在不同配比下的参数指标变化范围较广,能够满足相似材料所需的参数指标要求;运用极差法分析了各因素对相似材料参数的影响程度和趋势,发现相似材料的重度变化主要体现在随骨料增加而增大,黏聚力与内摩擦角变化主要体现在随含水率增大而减小,自由膨胀率与干燥饱和吸水率变化主要体现在随膨润土减少而减小。     

隧道软弱围岩相似材料的力学性能试验

基于相似理论和量纲分析法,将弹性模量作为铁路隧道软弱围岩的研究指标,推导出其相似指标.以重晶石、石英砂和凡士林等混合物作为铁路隧道软弱围岩的相似材料,通过应力控制式三轴试验仪进行常规三轴试验.并利用非线性回归分析的方法对实验结果进行分析,得出相似材料配比与弹性模量的变化规律.最后,给出估算这类相似材料中的重晶石等重要组分的含量与弹性模量的函数关系,以用于在实践中确定与隧道软弱围岩相适应的相似材料混合比.     

软岩巷道围岩破坏特征的相似模拟试验研究

本文通过相似材料模拟试验研究,分析了锚杆支护条件下巷道围岩的变形破坏特征以及巷道在不同地应力作用下围岩破坏的相关因素。试验对于研究巷道围岩的稳定性问题,软岩巷道的支护设计以及软岩工程相关问题的理论研究具有指导意义。     

Ⅳ级弱膨胀围岩相似材料的试验研究

为了研制Ⅳ级弱膨胀围岩的相似材料,选取河砂、黏土、膨润土和自来水为原料,利用正交试验设计方法,设计了一个L16(43)三因素四水平正交试验方案,并通过称重、直剪、自由膨胀率和干燥饱和吸水实验,得出了各配比的控制指标值,利用极差法分析影响各控制指标的主要因素;试验结果表明:相似材料正交试验的指标值变化范围很大,能够满足相似材料的各项指标要求;含水率是影响黏聚力、内摩擦角的主要因素,膨润土的含量是影响自由膨胀率和干燥饱和吸水率的主要因素。     

板岩流变特性试验与模型辨识

针对江西武吉高速公路隧道的Ⅱ～Ⅴ级围岩,通过分级增量循环加卸载试验、剪切流变试验和双轴压缩流变试验研究围岩的流变特性,并对模型进行辨识.试验结果表明Ⅱ～Ⅳ级围岩具有过渡蠕变和定常蠕变过程,表现为脆性破坏;Ⅴ级围岩则具有过渡蠕变、定常蠕变和加速蠕变过程,表现为塑性破坏.通过模型辨识,采用广义Kelvin模型模拟Ⅱ～Ⅳ级围岩,采用非线性流变元件NRC模型与西原模型的串联模型模拟Ⅴ级围岩,可较好模拟围岩流变特性;同时得到与应力水平有关的围岩流变力学参数.模型辨识的方法可应用于板岩以外的其他岩石.     

深部高应力载荷作用下的洞室变形破坏实验

为了揭示深部高应力岩体工程中所体现出的围岩分区碎裂化现象的机理,采用模拟试验的方法,研究了高应力作用下材料性质,支护,试件尺度对围岩分区碎裂化产生的影响.结果表明:所做的相似材料模拟试验,在洞室周围都观察到了围岩分区碎裂化现象;围岩分区碎裂化形成的应力条件与材料性质有关,脆性材料中更易出现分区碎裂化现象;洞室的破坏程度与支护有关,在有支护条件下,断裂间距减少,破裂程度减弱;试件的长度对分区碎裂化现象的产生影响不明显.该成果对深部高应力岩体工程具有一定的参考价值和指导意义.     

矿业工程相似材料模拟技术浅析

矿业工程相似模拟技术是研究矿山压力、围岩稳定及破坏规律的主要方法和手段。阐述了相似模拟理论的基础概念（包括相似三定理与相似三条件）,探讨了相似材料的选择与模型制作,简要介绍了离心模拟技术。     

巷道围岩裂隙的分形演化规律试验研究

通过对模型巷道的相似材料模拟试验 ,研究了巷道顶板和两帮的裂隙随载荷变化的分形演化规律 ,得出围岩裂隙的分形维数与载荷比呈线性关系 ,两帮的裂隙分形维数一般大于顶板 ,两帮的裂隙分形演化规律相同。通过测量围岩裂隙的分形维数 ,可定量评价巷道的损伤破坏程度和稳定性。