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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

模拟原煤的相似材料试验研究

为制备原煤的相似材料,选用煤粉和沙子为两种骨料,石膏和水泥为胶结剂,应用单因素分析法,分别就煤粉、石膏、水泥和沙子之间的不同配比对相似材料强度的影响进行了试验研究.结果表明,以煤粉为骨料的相似材料,其试样强度与煤粉用量呈线性负相关,且相关性显著,相似材料性能也易掌控;而以沙子为主料的相似材料,其试样强度与沙子用量呈非线性关系,试样强度波动较大,相似材料性能不易掌控.因此,以煤粉做原煤相似材料的骨料比沙子要合适,研究结果为原煤相似材料的制备提供了借鉴.     

基于RSM-BBD的混合骨料充填料浆配比优化

针对混合骨料充填矿山,为了确定充填料浆优化配比,首先进行充填材料物化特性分析,在此基础上,根据泰波级配理论和最大堆积密实度理论,确定棒磨砂-废石配比;然后采用BBD响应面法设计13组试验,研究料浆质量分数、胶砂比(胶凝材料与骨料的比值)、混合骨料配比对充填体强度影响规律.最后以各龄期强度为响应值构建响应面模型,揭示各响应参数与目标响应量相关关系及多目标条件下充填料浆优化配比.研究结果表明,充填体强度不仅受单因素影响,而且各因素间交互作用对充填体也有很大影响.其中料浆质量分数与骨料配比的交互作用对充填体早期强度起决定性作用,胶砂比与骨料配比的交互作用对充填体中期强度影响显著,充填体后期强度受料浆质量分数和胶砂比交互作用影响较大.以充填成本作为目标建立优化模型进行优化,由此获得充填料浆的优化配比为:料浆质量分数80%,胶砂比为1∶6,棒磨砂-废石配比为3∶7.通过试验验证满足金川矿山充填体强度要求.     

不同黏土矿物对岩石相似材料性质的影响

本文从研制适用于开展水岩作用相关物理模型试验相似材料的角度出发,以石英砂、重晶石粉为骨料,水泥、石膏为胶结材料,分别添加膨润土、伊利石粉、高岭土作为水敏性调节剂来制作岩石相似材料,开展了单轴压缩、直剪以及水理性试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数和水理性质指标,并采用单因素控制法深入分析了不同粘土矿物类型与不同掺入量对相似材料试样物理力学性质与水理性质的影响。结果表明：1)添加粘土矿物的相似材料,其物理力学参数分布范围广,能满足岩石相似材料的需求;2)粘土矿物的添加显著改变了试样的物理力学性质,随着其掺入量的增加,试样密度、抗压强度、弹性模量以及粘聚力整体呈下降趋势,内摩擦角呈增大趋势,其中膨润土的影响程度强于伊利石粉和高岭土;3)含有膨润土的相似材料相对于其他粘土矿物吸水率更大,更易于发生崩解,更适合作为研究水岩相互作用的物理模型试验相似材料的水敏性添加剂。该研究成果可为研制适用于开展水岩相互作用的物理模型试验相似材料提供参考。