一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，采用重晶石砂作為增重劑，通過重晶石砂全部或部分替代相似材料中常用的石英砂，使粗骨料混合為不同比例的重晶石砂和石英砂，獲得具有所需比重的相似材料；重晶石砂替代率與相似材料比重增加值具有很好的線性關系。本發(fā)明提供的方法，避免了使用鐵精粉、鉛粉等增重劑對相似材料力學性能的不利影響，在不改變相似材料的力學性能的同時，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)地質(zhì)力學模型試驗中所用相似材料的比重，以更好的實現(xiàn)對地下工程的相似模擬。除此之外，本發(fā)明提供的方法簡單易行，成本低廉，實用性強，可大大降低相似材料研發(fā)過程的試驗工作量。
【專利說明】-種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于地質(zhì)力學模型試驗【技術領域】，特別設及一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材 料比重的方法。

【背景技術】
[0002] 地質(zhì)力學模型試驗是巖石力學和地下工程穩(wěn)定性研究中的常用手段。相似模型由 相似材料制作而成的，因而相似材料是地質(zhì)力學模型試驗的基礎和關鍵。根據(jù)相似理論的 要求，相似材料和原型必須滿足相似關系，其比重的相似比尺a Y必須滿足下式的限制： a。 閨而-1
[0004] 其中a。為應力的相似比尺，a歷幾何尺寸的相似比尺。
[0005] 若能令a Y = 1，則可令應力的相似比尺和幾何尺寸的相似比尺一致，從而大大簡 化模型試驗的設計和數(shù)據(jù)處理。W往采用的W石英砂為骨料的相似材料比重較低，因而巖 ±工程師和相關科研工作者在開展模型試驗及其相似材料研發(fā)時，采取了多種增重材料W 增加相似材料的比重。如專利02116676. 5采用磁鐵礦精礦粉，專利200510104581. 4和專 利201310027623. 3采用鐵精粉和重晶石粉，W增加相似材料的比重。由于使用磁鐵礦精礦 粉或鐵礦粉同時仍然采用石英砂作為粗骨料，因而相當于增加了一種組分，使相似材料的 物理力學性能受到了影響，而增重劑對復合材料力學參數(shù)的影響規(guī)律也并不明晰，從而大 大增加了相似材料試配的試驗工作量。
[0006] 研發(fā)一種簡單易行的相似材料比重調(diào)節(jié)方法，實現(xiàn)相似材料在不顯著改變力學參 數(shù)的條件下的比重調(diào)整，對于能源、交通、水利、礦山、國防等領域的巖石工程地質(zhì)力學模型 試驗研究具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，能夠不影響相 似材料力學性能，不顯著增加相似材料制備成本。
[000引為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術方案：
[0009] 一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，采用重晶石砂作為增重劑，通過重 晶石砂全部或部分替代相似材料中常用的石英砂，使粗骨料混合為不同比例的重晶石砂和 石英砂，獲得具有所需比重的相似材料。
[0010] 進一步的，重晶石砂和所要替代的石英砂的粒徑級配或粒徑組成及顆粒形狀保持 一致。
[0011] 一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，由W下步驟組成：
[0012] (1)按傳統(tǒng)方法和配方制備完全使用石英砂作為粗骨料的相似材料，獲得其物理 力學數(shù)據(jù)；
[0013] (2)根據(jù)相似理論選擇所需力學參數(shù)的相似材料配比，設按該配比制備的相似材 料的比重為丫 1;
[0014] (3)將該配比中的石英砂完全替換為等重量的重晶石砂，獲得其比重數(shù)據(jù)，設其比 重為丫 2;
[0015] (4)假設相似材料的目標比重為丫，則重晶石砂替代率r按下式計算： y - V
[0016] r=--
[0017] 妨按照求得的替代率，將相應的石英砂替換成重晶石砂，即可得到比重為目標比 重丫的相似材料，且該材料的力學指標與原完全使用石英砂的相似材料保持一致。
[0018] 優(yōu)選的，一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，其適用范圍為粗骨料用量 不大于材料總重的50%。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是；本發(fā)明采用了重晶石砂作為增重劑，通過重晶石砂替代相 似材料中常用的石英砂，使粗骨料混合為不同比例的重晶石砂和石英砂，獲得具有所需比 重的相似材料，避免了使用鐵精粉、鉛粉等增重劑對相似材料力學性能的不利影響，在不改 變相似材料的力學性能的同時，可W在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)地質(zhì)力學模型試驗中所用相似材料 的比重，W更好的實現(xiàn)對地下工程的相似模擬。除此之外，本發(fā)明提供的方法簡單易行，成 本低廉，實用性強，可大大降低相似材料研發(fā)過程的試驗工作量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的實施例中重晶石砂替代率和材料單軸抗壓強度的關系；
[0021] 圖2是本發(fā)明的實施例中重晶石砂替代率和材料彈性模量的關系；
[0022] 圖3是本發(fā)明的實施例中重晶石砂替代率和相似材料比重的關系。

【具體實施方式】
[0023] 為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合

【具體實施方式】，進一步闡述本發(fā)明。
[0024] 一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，采用重晶石砂作為增重劑，通過重 晶石砂全部或部分替代相似材料中常用的石英砂，使粗骨料混合為不同比例的重晶石砂和 石英砂，獲得具有所需比重的相似材料。
[0025] 重晶石砂和所要替代的石英砂的粒徑級配或粒徑組成及顆粒形狀保持一致。
[0026] 一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，由W下步驟組成：
[0027] (1)按傳統(tǒng)方法和配方制備完全使用石英砂作為粗骨料的相似材料，獲得其物理 力學數(shù)據(jù)；
[002引 （2)根據(jù)相似理論選擇所需力學參數(shù)的相似材料配比，設按該配比制備的相似材 料的比重為丫 1;
[0029] (3)將該配比中的石英砂完全替換為等重量的重晶石砂，獲得其比重數(shù)據(jù)，設其比 重為丫 2;
[0030] (4)假設相似材料的目標比重為丫，則重晶石砂替代率r按下式計算： - y 閨]r=-- Ti-Ti
[003引 妨按照求得的替代率，將相應的石英砂替換成重晶石砂，即可得到比重為目標比 重丫的相似材料，且該材料的力學指標與原完全使用石英砂的相似材料保持一致。
[0033] 一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，其適用范圍為粗骨料用量不大于材 料總重的50%。
[0034] 實施例：重晶石砂替代石英砂調(diào)整松香膠結相似材料的比重
[0035] 采用松香酒精溶液作為調(diào)和劑的相似材料是目前常用的一種相似材料，如專利 200510104581. 4, W往多采用滲加鐵精粉的辦法提高相似材料的比重，現(xiàn)采用本專利方法 對相似材料比重進行調(diào)節(jié)。實例共進行4大組試驗，每組的重晶石砂替代率水平分為六檔， 分別是0%，20%，40%，60%，80%和100%。應用實例每種配比和重晶石砂替代率水平下 的試件不少于10個，共計24組試驗，超過240個試件。
[0036] 相似材料配比如表1所示。
[0037] 不同組中重晶石砂替代率水平詳情如表2所示。
[003引表1相似材料配比
[0039]

【權利要求】
1. 一種使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，其特征在于：采用重晶石砂作為增重 劑，通過重晶石砂全部或部分替代相似材料中常用的石英砂，使粗骨料混合為不同比例的 重晶石砂和石英砂，獲得具有所需比重的相似材料。
2. 根據(jù)權利要求1所述的使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，其特征在于：重晶 石砂和所要替代的石英砂的粒徑級配或粒徑組成及顆粒形狀保持一致。
3. 根據(jù)權利要求1所述的使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，其特征在于：由以 下步驟組成： (1) 按傳統(tǒng)方法和配方制備完全使用石英砂作為粗骨料的相似材料，獲得其物理力學 數(shù)據(jù)； (2) 根據(jù)相似理論選擇所需力學參數(shù)的相似材料配比，設按該配比制備的相似材料的 比重為Y1; (3) 將該配比中的石英砂完全替換為等重量的重晶石砂，獲得其比重數(shù)據(jù)，設其比重為 T2; (4) 假設相似材料的目標比重為Y，則重晶石砂替代率r按下式計算：
(5) 按照求得的替代率，將相應的石英砂替換成重晶石砂，即可得到比重為目標比重 y的相似材料，且該材料的力學指標與原完全使用石英砂的相似材料保持一致。
4. 根據(jù)權利要求書3所述的使用重晶石砂調(diào)節(jié)相似材料比重的方法，其適用范圍為粗 骨料用量不大于材料總重的50%。
【文檔編號】G05D11/00GK104503494SQ201410599006
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權日:2014年10月29日
【發(fā)明者】范鵬賢, 王明洋, 邢灝喆, 馬林建, 王德榮, 王源 申請人:中國人民解放軍理工大學