專利名稱：一種磁敏性相似材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有磁性的巖土體相似材料及其制備方法，尤其是一種磁敏性相似材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近幾十年來，隨著地下電站，地下城市，地下儲能，深部礦山，深部石油開采，地鐵、隧道，及放射性核廢料地下儲存等地下工程的不斷發(fā)展，巖土工程的研究重點日益轉(zhuǎn)向地下。但是由于巖土本身的復(fù)雜性使得對其的研究成為了一個難點。相似模型試驗由于可模擬多重復(fù)雜邊界條件，且在基本滿足相似原理的條件下，能更真實的反應(yīng)巖土工程的特性。因此在巖土工程研究中得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有研究中離心模擬試驗由于可以較易的實現(xiàn)重力場而得到廣泛應(yīng)用，但由于其存在造價、維護費用高，測試困難等問題，有學(xué)者提出用磁力場模擬重力場的試驗方法。以磁力場模擬重力場技術(shù)的關(guān)鍵之一就是磁敏性相似材料的研制，現(xiàn)有的巖土相似材料雖然有很多種，但這些材料僅僅是為了滿足模型試驗材料要求。現(xiàn)還未有一種土體相似材料可以作為試驗材料之用外，還可以提供力場的模擬。更未有將相似材料制作成具有磁性的相似材料，使其可在磁場中受到磁場作用力。因此研制一種具有磁敏性相似材料是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種磁敏性相似材料及其制備方法，解決現(xiàn)有離心模擬試驗的造價、維護費用高，測試困難的問題。技術(shù)方案實現(xiàn)本發(fā)明目的的磁敏性相似材料，采用石英砂、雙飛粉、膨潤土、釹鐵硼和水作為原料，經(jīng)混合，均勻攪拌制備，其質(zhì)量配比如下
石英砂 100份；
雙飛粉 20 200份；
膨潤土 40 200份；
釹鐵硼 25 400份；
水30 150份；
所述的石英砂為2(Γ40目的標(biāo)準(zhǔn)石英砂；
所述的膨潤土和雙飛粉為200目的材料；
所述的釹鐵硼為100 200目的材料；
制備方法步驟如下
(1)按照配比稱取石英砂、雙飛粉、膨潤土、釹鐵硼和水；
(2)先在容器內(nèi)中加入少量水，使容器壁濕潤，再加入石英砂、雙飛粉、膨潤土、釹鐵硼，攪拌均勻；
(3)水分五份，依次加入，并繼續(xù)攪拌至均勻；(4)稱取試樣所要的混合料，均分成三份倒入模具內(nèi)，每次擊實10次，最后將表面抹平。有益效果該相似材料未充磁前是無磁性的，充磁后具備磁性，置于磁場中，所受到磁力可實現(xiàn)重力場的模擬。其力學(xué)性質(zhì)符合巖土材料力學(xué)性質(zhì)，原材料來源廣泛，易于加工，不需要養(yǎng)護，成本低廉且無毒，可用于模擬巖土相似材料。本磁敏性相似材料有如下特點 (I)該相似材料其粘聚力在OKPaIlOKPa之間，內(nèi)摩擦角在7° ^32°之間，基本符合巖土材料相關(guān)力學(xué)性質(zhì)。(2)該相似材料通過調(diào)整不同配比，可調(diào)整相應(yīng)的力學(xué)性質(zhì)，模擬不同的巖土材料。(3)置于磁場中可獲得磁力，且其磁力值隨釹鐵硼含量可調(diào)
(4)原材料來源廣泛，不需人工養(yǎng)護，易于認為操作控制，提高了試驗的成功率。該磁敏性相似材料具有磁性，力學(xué)性質(zhì)能符合巖土材料力學(xué)性質(zhì)，同時材料來源廣泛，易于加工，成本低廉、無毒等特點。


圖I為本發(fā)明磁敏性相似材料實施例一的剪切應(yīng)力——位移曲線；
圖2為本發(fā)明磁敏性相似材料實施例一的單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
具體實施例方式 實施例I :按質(zhì)量配比稱量
石英砂 100份；
雙飛粉 100份；
膨潤土 100份；
釹鐵硼 200份；
水82份；
所述的石英砂為2(Γ40目的標(biāo)準(zhǔn)石英砂；
所述的膨潤土和雙飛粉為200目的材料；
所述的釹鐵硼為100 200目的材料；
先稱取按質(zhì)量配比的100份石英砂、100份雙飛粉、100份膨潤土、200份釹鐵硼和82份水。在容器內(nèi)中加入少量水，使容器壁濕潤，再加入石英砂、雙飛粉、膨潤土、釹鐵硼，進行攪拌，使各摻料混合均勻。將水分成等量的三份，依次加入，每加一次都進行攪拌，直到攪拌均勻。稱取試樣所需的混合料，均分成三份倒入模具內(nèi)，每份擊實10次，最后將表面抹平。對該質(zhì)量配比的磁敏性相似材料進行3種不同壓力下的直接剪切試驗，得到其試驗過程中的剪切應(yīng)力與剪切位移，如圖I所示。將該質(zhì)量配比的磁敏性相似材料進行單軸壓縮試驗，放入單軸儀中，獲得其單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，如圖2所示。將該質(zhì)量配比的磁敏性相似材料進行飽和處理，放入KO側(cè)限儀中，獲得其軸向應(yīng)力與側(cè)向應(yīng)力關(guān)系曲線。
實施例2 按質(zhì)量配比稱量 石英砂 100份；
雙飛粉 20份；
膨潤土 40份；
釹鐵硼 25份；
水30份；
進行配比，其它與實施例I同。實施例3 按質(zhì)量配比稱量 石英砂 100份；
雙飛粉 200份；
膨潤土 200份；
釹鐵硼 400份；
水150份；
進行配比，其它與實施例I同。
權(quán)利要求
1.一種磁敏性相似材料及其制備方法，其特征是采用石英砂，雙飛粉，膨潤土，釹鐵硼和水為原料，經(jīng)混合、均勻攪拌制成；其質(zhì)量配比如下 石英砂 100份； 雙飛粉 20 200份； 膨潤土 40 200份； 釹鐵硼 25 400份； 水30 150份； 所述的石英砂為2(Γ40目的標(biāo)準(zhǔn)石英砂； 所述的膨潤土和雙飛粉為200目的材料； 所述的釹鐵硼為100 200目的材料； 制備步驟為 (1)按照配比稱取石英砂、雙飛粉、膨潤土、釹鐵硼和水； (2)先在容器內(nèi)中加入少量水，使容器壁濕潤，再加入石英砂、雙飛粉、膨潤土、釹鐵硼，攪拌均勻； (3)水分五份，依次加入，并繼續(xù)攪拌至均勻； (4)稱取試樣所要的混合料，均分成三份倒入模具內(nèi)，每次擊實10次，最后將表面抹平。
全文摘要
一種磁敏性相似材料及其制備方法，屬于具有磁性的巖土體相似材料及其制備方法。采用石英砂，雙飛粉，膨潤土，釹鐵硼和水按質(zhì)量比配制而成。先稱取釹鐵硼、雙飛粉、膨潤土和石英砂，將其混合并攪拌均勻，再加入水均勻攪拌而成。該相似材料未充磁前是無磁性的，充磁后具備磁性，置于磁場中，所受到磁力可實現(xiàn)重力場的模擬。其力學(xué)性質(zhì)符合巖土材料力學(xué)性質(zhì)，原材料來源廣泛，易于加工，不需要養(yǎng)護，成本低廉且無毒。特點(1)該相似材料其粘聚力在0KPa~110KPa之間，內(nèi)摩擦角在7°~32°之間，基本符合巖土材料相關(guān)力學(xué)性質(zhì)。(2)通過調(diào)整不同配比，可調(diào)整相應(yīng)的力學(xué)性質(zhì)，模擬不同的巖土材料。(3)磁力值隨釹鐵硼含量可調(diào)。(4)提高了試驗的成功率。
文檔編號C09K3/00GK102911639SQ20121029458
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者陳國舟, 周國慶, 李瑞林 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)