相似材料配比研究

本文根据大量的相似材料配比和对比试验,研究了:1.如何用配比控制相似材料的力学性能及调正其各项力学指标间的关系;2.如何保证其力学性能的稳定性;3.在满足力学性要求的同时,如何满足造型工艺要求。提出了适合模型比例为1:20～1:100的坚硬、中硬和松软的煤系岩石的各种相似材料配比表。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

煤层开采“固-气”耦合相似材料特性分析

为研究采动裂隙演化规律,选取适合的"固-气"耦合相似材料,结合岩石力学和流体力学理论,运用自行改进的单轴压力仪及渗透性测试装置,对不同材料配比所制作试件的力学及渗透特性进行研究。最终确定以砂子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂,水作为溶剂,并对这种原材料组合在不同配比条件下制作试件的力学及渗透性影响因素开展试验研究,以此为依据开展"固-气"耦合物理相似模拟试验,揭示不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律。结果表明:最终确定的材料配比组合能够满足岩石力学性能的要求,较原始固相相似模拟材料及"固-气"耦合相似材料PSO(Paraffin石蜡,Sand砂子,Oil油),其渗透速度平均分别下降91.61%及68.29%;通过对新型材料制作出的试件开展力学及渗透特性影响因素试验并进行非线性回归拟合,得出相应变化趋势的拟合方程,同时得到不同淀粉含量对试件抗压强度及渗透性影响趋势的拟合方程。开展二维煤层开采物理相似模拟试验,得到采动覆岩裂隙演化及不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律,为进一步开展煤与瓦斯共采多场耦合物理相似模拟试验提供理论依据。     

郑州市域粉质黏土相似材料配比试验研究

文章结合郑州市轨道交通10号线盾构下穿南水北调干渠工程，针对盾构掘进的粉质黏土地层工况，根据相似理论计算相似材料的相似比尺，通过大量的相似材料配比试验，配制出一种新的粉质黏土相似材料，相比于原状粉质黏土，该相似材料呈现出“高密度、高摩擦角、低黏聚力、低压缩模量”的性质特点；通过对铁粉质量、锯末质量比、膨润土质量比、水质量4个因素的敏感性分析，获得铁粉、锯末等基础材料对相似材料物理力学性质指标的敏感性，并提出严控含水量的重要性。研究成果可为开展粉质黏土相似模型试验提供相似材料配比方案，为郑州市域该土层内的相关工程建设提供参考。     

千将坪滑坡物理模型试验相似材料研究

结合千将坪滑坡模型试验,对千将坪滑坡土体相似材料进行了研究.试验以相似三理论为指导得出了相似判据,并采用均匀设计方法确定出材料的配比,最后,采用模糊综合评判法对相似材料的相似性进行了比较,并最终确定出最佳相似材料.试验结果表明,砂、粘土、膨润土所制成的相似材料具有与千将坪滑坡土体相似的物理性质,用来在模型试验中模拟滑坡土体是合适的.     

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。     

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.     

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.     

锦屏大理岩相似材料制备及其力学性能分析

基于深埋隧洞围岩岩爆模拟实验的需要,以锦屏大理岩为工程背景,采用石英砂、重晶石砂、重晶石粉、松香和酒精研制了一种新型的以松香作为胶结剂的岩石相似材料。通过多次试配总结了相似材料的制备方法,以粗细骨料质量比例和松香用量2个参数为主要变量,制作了16组不同配比的试样,开展了单轴压缩实验,并测算了试样的重度。实验结果表明,相似材料的抗压强度和弹性模量受松香用量的影响较大,拟合得到了抗压强度-松香掺量关系式,并计算得到了模拟锦屏大理岩的材料配比。为提高相似材料的适用性,对材料比重和弹性模量的调整方法进行讨论得出,可以将重晶石砂替换为石英砂以调节材料重度,在材料中掺入少量的硅油或橡胶粉,可以调节其弹性模量。     

新型巷旁充填材料研究

研制性能优良、成本低廉的充填材料是巷旁充填的关键技术.本文介绍了一种新型巷旁充填材料——以煤矸石、粉煤灰为主体的天然硬石膏混合充填材料,其胶凝与力学性能及配比参数优化试验研究,并阐述了该充填材料应用前景.     

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。     

模拟覆岩破坏稳恒电场特征的相似材料配比研究

通过大量的相似材料配比试验研究证明,在材料中加入一定浓度适量的Ｎａｃｌ溶液是实现覆岩破坏稳恒电场特征相似材料模拟的最佳方法。试验得出了相似材料电阻率与Ｎａｃｌ溶液浓度的关系。按照这一关系配制的相似材料模型的试验结果准确地反映了覆岩破坏稳恒电场的变化特征。     

关中生土材料改性试验研究

以关中地区的原状黄土作为基材,分别掺加不同比例的粉煤灰、水泥、石灰、小麦秸秆以及粘结剂、防水剂等,形成了不同的改性生土材料。同时,通过试验分别研究了不同配比对改性生土材料的力学性能及耐水性影响,研究结果表明最优配比下材料28d抗压强度可达19.4Mpa,抗弯强度达到3.1Mpa,抗压弯效果较好。可知粉煤灰、水泥、石灰、小麦秸秆等能够用于生土材料的改性,为关中地区生土材料改性研究提供理论支持及数据参考。     

隧道围岩体相似材料试验研究

采用正交试验法得到了模拟围岩的合适相似材料及其配比,对相似材料中松香酒精溶液质量分数、机油含量、重晶石粉与砂的质量比及胶结剂占总质量比例等方面进行了研究。试验表明,配制的模型材料能满足Ⅳ级和Ⅴ级原型围岩物理力学参数相似关系,为以后模型试验研究提供了一定的参考依据。