本發(fā)明涉及一種試驗用模型土及其制備方法，尤其是涉及一種模擬富水圍巖條件下的試驗用模型土及其制備方法。
背景技術(shù)：
在模型試驗中，為研究結(jié)構(gòu)與土體共同作用或施工對土體的擾動作用時，通常需要配制模型土。用單一的天然材料作為模型土材料相當有限，經(jīng)常都無法滿足相似條件，通常的做法是用若干材料按照一定的比例配制而成，顯然相似材料一般是多種材料的混合物，而混合物的成分和配比要經(jīng)過大量的配比試驗才能滿足。
在目前相似材料的研究中，已有較多種模型土的研發(fā)，但是由于自身的限制，其防水性較差，遇水后模型土性質(zhì)容易發(fā)生較大變化，對于靜水或動水條件下的試驗造成了極大地誤差。
中國專利CN166997A公開了一種模擬上海地區(qū)軟土地基的模型土，其采用的原料包括粉煤灰、紅粉砂、粘土、高嶺土、重晶石粉、機油和水，該模型土可以較好地模擬土體的密度及強度，但是遇水強度大大損失，不適用于富水條件下的情況。中國專利CN103708810A公開了一種模擬上海地區(qū)⑤層軟土的試驗用模型土，其組成原料按質(zhì)量份數(shù)計如下：重晶石粉40份，粘土10～20份，雙飛粉10～25份，膨潤土30～45份，洗衣粉30～45份，水35～49份，其中，粘土為取自上海地區(qū)的⑤層軟土，同樣遇水強度大大損失，不適用于富水條件下的情況。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種不僅靜力學(xué)性質(zhì)可以與Ⅳ、Ⅴ級圍巖的對應(yīng)值滿足相似關(guān)系，而且在水的作用下，材料性質(zhì)相對穩(wěn)定，有一定的強度，滲透性較小的模擬富水圍巖條件下的試驗用模型土及其制備方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種模擬富水圍巖條件下的試驗用模型土，包括以下質(zhì)量百分比含量的組分：
優(yōu)選地，所述的骨料由重晶石粉和石英砂組成，所述的石英砂的質(zhì)量占該試驗用模型土總質(zhì)量的17～76％。
進一步優(yōu)選地，所述的重晶石粉的細度為300～800目。
更進一步優(yōu)選地，所述的重晶石粉的細度為300～400目。
優(yōu)選地，所述的石英砂的粒徑小于2mm。
進一步優(yōu)選地，粒徑在0.25～1.0mm范圍內(nèi)的石英砂占石英砂總量的80～90wt％。
優(yōu)選地，所述的膠結(jié)劑為凡士林。
進一步優(yōu)選地，所述的凡士林為無毒醫(yī)用級白色凡士林。
優(yōu)選地，所述的調(diào)節(jié)劑為液狀石臘。
的一種模擬富水圍巖條件下的試驗用模型土的制備方法，包括以下步驟：
(1)按配比稱取各組分；
(2)將水加入混合均勻的骨料中，并拌合均勻；
(3)加入調(diào)節(jié)劑，并攪拌均勻；
(4)將熔融的凡士林加入，并混合均勻，制得所述的試驗用模型土。
其中，將凡士林加熱到45～50℃將其熔融，并迅速加入。
本發(fā)明的試驗用模型土的密度、彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角等與IV、V及VI級圍巖的對應(yīng)值滿足相似關(guān)系，具有低強度、低變形模量的特征，并且材料制備靈活，穩(wěn)定性高，成本低。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明的試驗用模型土以凡士林作為膠結(jié)劑，石蠟作為調(diào)節(jié)劑，石英砂和重晶石粉為骨料，通過不同的配比可以使土樣性質(zhì)滿足試驗相似性要求。密度范圍在2.09～2.381g/cm3之間，粘聚力范圍在2.25～27.51kPa之間，內(nèi)摩擦角范圍在21.5～33.2°之間。本發(fā)明配制的土樣的靜力學(xué)性質(zhì)與IV、V及VI級圍巖的對應(yīng)值滿足相似關(guān)系。
(2)在水的作用下，材料性質(zhì)穩(wěn)定，有一定的強度，滲透性較小。
(3)在室溫下便于大規(guī)模配制和填筑，制備靈活，成本低。
附圖說明
圖1為實施例1中的石英砂的顆粒級配曲線圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
實施例1
一種模擬富水圍巖條件下的試驗用模型土，包括以下質(zhì)量百分比含量的組分：
作為優(yōu)選方案，選擇重晶石粉和石英砂作為骨料，凡士林作為膠結(jié)劑，液狀石臘作為調(diào)節(jié)劑，并根據(jù)不同的配比配置了1～15共十五組試驗用模型土。
作為優(yōu)選方案，石英砂的質(zhì)量占該試驗用模型土總質(zhì)量的17～76％。
作為優(yōu)選方案，重晶石粉的細度為300～800目，石英砂的粒徑小于2mm。
作為進一步優(yōu)選的方案，重晶石的細度為300～400目，石英砂中粒徑在0.25～1.0mm范圍內(nèi)的石英砂占石英砂總量的80～90wt％。
本實施例采用的石英砂的顆粒級配曲線如圖1所示，重晶石粉的細度為325目，凡士林為無毒醫(yī)用級白色凡士林。
配置方法如下：
首先，嚴格按照比例稱取骨料和膠結(jié)劑，然后將石英砂和重晶石粉兩種材料混合并攪拌均勻；接著在混合均勻的骨料中加入水，并拌合均勻；加入調(diào)節(jié)劑石蠟并充分攪拌；然后將凡士林加熱至45～50℃，使其熔融，迅速與上述材料均勻混合。
然后對該材料進行力學(xué)實驗，分別為試驗密度及剪切測試，單軸抗壓強度測試，滲透系數(shù)測試，材料強度折減測試。
通過密度測試及剪切試驗，可以得出不同配比下該試驗用模型土的密度、粘聚力與內(nèi)摩擦角，如表1所示。
表1不同配比試驗用模型土的密度、粘聚力與內(nèi)摩擦角
通過單軸抗壓強度測試，可以得出不同配比下該試驗用模型土的無側(cè)限抗壓強度與無修正粘聚力值，如表2所示。
表2部分配比試驗用模型土無側(cè)限抗壓強度與無修正粘聚力值
通過滲透系數(shù)測試，可以得到不同配比下該試驗用模型土的滲透參數(shù)，如表3所示。
表3部分配比下試驗用模型土滲透試驗數(shù)據(jù)
通過材料強度折減測試，可以得出用試驗用模型土制得的正常試件及飽水試件在單軸壓縮試驗下的抗壓強度，如表4所示，飽水試件可以通過真空飽和法加工得到。
表4正常試件及飽水試件在單軸壓縮試驗下的抗壓強度比照表
模型土的制作過程中需對凡士林進行低溫加熱，應(yīng)保持配制環(huán)境開闊通風(fēng)，需保證各種材料配比的精確，并與熔融狀態(tài)的凡士林迅速混合并攪拌均勻。試件配制完成后，由于有凡士林作為保水劑，同時材料中已加入拌合水，對養(yǎng)護條件要求較低。
上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。