一種用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相似材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相似材料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前常見(jiàn)的地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)很少有對(duì)斷層突泥進(jìn)行相似模擬的，其主要原因在 于斷層介質(zhì)相似材料需在水力作用下發(fā)生滲透性逐漸提高并發(fā)生緩慢崩解，很難同時(shí)滿(mǎn)足 力學(xué)參數(shù)及水理性參數(shù)的相似，所以過(guò)去的研宄中往往很少涉及斷層突泥的相似模擬，故 無(wú)法反映斷層介質(zhì)在承壓水作用下的災(zāi)變發(fā)展過(guò)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相 似材料及其制備方法，該種材料采用遇水緩慢崩解的膠結(jié)材料，以非親水性材料作為調(diào)節(jié) 劑，并同時(shí)滿(mǎn)足固體變形和滲透性相似兩個(gè)條件，具有一定的耐水性及遇水崩解特性，且材 料性能不受時(shí)間及溫度的影響。
[0004] 為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0005] 一種用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相似材料，所述相似材料的重量比組成為：滑石粉 1份，砂2~7份，石膏0. 8~1. 6份，膨潤(rùn)土 0. 2~0. 6份，液態(tài)石賭0. 01~0. 4份，拌合 水0. 2~0. 7份。
[0006] 優(yōu)選的，所述相似材料的重量比組成為：滑石粉1份，砂4. 5份，石膏1. 27份，膨潤(rùn) 土 0. 45份，液態(tài)石蠟0. 18份，拌合水0. 59份。
[0007] 優(yōu)選的，所述滑石粉的細(xì)度為1250目。
[0008] 優(yōu)選的，所述的砂的粒徑小于2mm。
[0009] 優(yōu)選的，所述石膏的細(xì)度600目。
[0010] 優(yōu)選的，所述的膨潤(rùn)土的細(xì)度為200目。
[0011] 優(yōu)選的，所述液態(tài)石蠟的相對(duì)密度為〇. 845g/cm3。
[0012] 一種用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相似材料的制備方法，步驟如下：
[0013] 1)按比例稱(chēng)取滑石粉、砂、石膏、膨潤(rùn)土和液態(tài)石蠟；
[0014] 2)將滑石粉、砂、石膏和膨潤(rùn)土在攪拌機(jī)中混合均勻；
[0015] 3)加入拌合水，充分?jǐn)嚢瑁?br>[0016] 4)加入液態(tài)石蠟，攪拌；
[0017] 5)將混合好的材料放入成型模具中，夯實(shí)成型；
[0018] 6)將成型后的材料置于通風(fēng)干燥處24-36小時(shí)，即可得用于斷層突泥模型試驗(yàn)的 相似材料。
[0019] 本發(fā)明所述的一種用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相似材料，采用耐水性較差的石膏作 為膠結(jié)劑，可實(shí)現(xiàn)斷層相似材料遇水弱化崩解的性質(zhì)，結(jié)合另一種膠結(jié)劑膨潤(rùn)土，可使材料 的強(qiáng)度和彈性模量可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；采用液態(tài)石蠟作為調(diào)節(jié)劑，可以在基本不影 響材料的力學(xué)指標(biāo)的情況下，調(diào)節(jié)材料的滲透性等水理性指標(biāo)，并限制材料的遇水崩解性， 保證材料的物理力學(xué)性質(zhì)和水理性都滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。其中，所述拌合水為普通的拌合用水。
[0020] 本發(fā)明所述的一種用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相似材料，可以用于模擬不同力學(xué)性 能及水理性能的斷層介質(zhì)材料，解決了難以模擬遇水弱化崩解性斷層相似材料的難題。本 發(fā)明的模擬范圍比較大，可覆蓋不同崩解時(shí)間的低、中強(qiáng)度斷層介質(zhì)相似材料，將該斷層突 泥模型試驗(yàn)相似材料應(yīng)用于試驗(yàn)中，與前人研宄相比，真實(shí)模擬了隧道斷層破碎帶突泥全 過(guò)程，所得出的地質(zhì)力學(xué)相似模型試驗(yàn)研宄成果更加準(zhǔn)確。
[0021] 本發(fā)明選用滑石粉、砂、石膏、膨潤(rùn)土、液態(tài)石蠟作為組成成分，其中，石膏作為弱 耐水性膠結(jié)劑，保證材料在水的作用下能夠發(fā)生弱化崩解，同時(shí)，石膏對(duì)于材料的滲透性影 響較為明顯，是材料的強(qiáng)度、滲透系數(shù)及弱化崩解時(shí)間可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；膨潤(rùn)土作 為塑性膠結(jié)劑，主要調(diào)節(jié)相似材料的強(qiáng)度及彈性模量，隨著含量的增加，材料的塑性逐漸增 加，強(qiáng)度逐漸降低；液態(tài)石蠟作為調(diào)節(jié)劑，保證了材料的非親水性，削弱了材料的遇水弱化 特性，且液態(tài)石蠟可以實(shí)現(xiàn)在基本不改變材料力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)材料的水理性指標(biāo)進(jìn) 行調(diào)節(jié)，提高了材料水理性的相似模擬度。另外，調(diào)整滑石粉與砂的比重，可以調(diào)節(jié)材料的 重度、粘聚力及內(nèi)摩擦角。
[0022] 本發(fā)明提出的模擬斷層突水的模型試驗(yàn)相似材料的技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1、能實(shí)現(xiàn)相似材料在水的作用下發(fā)生緩慢弱化崩解，并能通過(guò)改變組分改變崩解 性能，為真實(shí)模擬隧道開(kāi)挖過(guò)程中斷層突泥提供了可能；
[0024] 2、能夠在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)材料的強(qiáng)度、滲透性及崩解性，可模擬不同強(qiáng)度等級(jí)、 不同崩解特性的各類(lèi)介質(zhì)材料，提高了材料的相似模擬度；
[0025] 3、能通過(guò)調(diào)節(jié)材料配比，在不影響材料整體性質(zhì)的前提下，改變材料的水理性及 力學(xué)特性的某個(gè)指標(biāo)，為模擬不同類(lèi)別的介質(zhì)材料提供了可能。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的相似材料在單軸抗壓條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028] 本發(fā)明的實(shí)施例所用的滑石粉細(xì)度為1250目，所述的砂的粒徑小于2mm，且集配 均勻，石膏細(xì)度600目，膨潤(rùn)土細(xì)度為200目，液態(tài)石蠟密度為0.845g/cm 3。
[0029] 實(shí)施例1制備用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相似材料
[0030] 原料組成為：滑石粉1份，砂4. 5份，石膏1. 28份，膨潤(rùn)土 0. 45份，液態(tài)石蠟0. 18 份，拌合水0.59份。
[0031] 制備方法，包括以下步驟：
[0032] 1)嚴(yán)格按比例稱(chēng)取滑石粉、砂、石膏、膨潤(rùn)土和液態(tài)石蠟；
[0033] 2)將滑石粉、砂、石膏和膨潤(rùn)土四種骨料材料混合并在攪拌機(jī)中混合均勻；
[0034] 3)加入拌合水，充分?jǐn)嚢瑁?br>[0035] 4)加入調(diào)節(jié)劑石蠟油，攪拌；
[0036] 5)將混合好的材料放入成型模具，夯實(shí)成型；
[0037] 6)將成型后的材料置于通風(fēng)干燥處25小時(shí)，即可得用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相 似材料。
[0038] 該配比的相關(guān)參數(shù)：密度I. 98g/cm3,抗壓強(qiáng)度0. 41MPa，彈性模量46MPa，滲透系 數(shù)6. 26X l(T6cm/s，完全崩解時(shí)間為45s。
[0039] 實(shí)施例2制備用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相似材料
[0040] 原料組成為：滑石粉1份，砂2. 5份，石膏1. 4份，膨潤(rùn)土 0. 35份，液態(tài)石蠟0. 02 份，拌合水0.59份。
[0041] 制備方法，包括以下步驟：
[0042] 1)嚴(yán)格按比例稱(chēng)取滑石粉、砂、石膏、膨潤(rùn)土和液態(tài)石蠟；
[0043] 2)將滑石粉、砂、石膏和膨潤(rùn)土四種骨料材料混合并在攪拌機(jī)中混合均勻；
[0044] 3)加入拌合水，充分?jǐn)嚢瑁?br>[0045] 4)加入調(diào)節(jié)劑石蠟油，攪拌；
[0046] 5)將混合好的材料放入成型模具，夯實(shí)成型；
[0047] 6)將成型后的材料置于通風(fēng)干燥處30小時(shí)，即可得用于斷層突泥模型試驗(yàn)的相 似材料。
[0048] 該配比的相關(guān)參數(shù)：密度I. 85g/cm3,抗壓強(qiáng)度0. 35MPa，彈性模量56MPa，滲透系 數(shù)I.