[发明专利]一种软岩物理模拟试验的模型材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种软岩物理模拟试验中制备模型用的材料，属于工程相似模拟试验材料领域。

背景技术

随着深部矿产资源深井开采及大型深埋洞室建设，出现了大量软岩洞室稳定性问题，但其研究不够深入，需进一步完善，模型试验是解决这类问题的有力措施，如何配制软岩相似材料成为研究软岩模型试验的关键问题之一。目前，软岩物理模型试验的相似材料主要有以下几种：(一)采用石蜡、砂和凡士林等原料，参见李运来等，基于相似原理的膨胀性软岩模型材料试验研究，《建井技术》，2009，30(1)：20～22；韦四江等，软岩巷道锚固体蠕变特性研究，河南理工大学学报(自然科学版)，2008，27(5)：524～528。(二)采用砂、石膏作为主要原料，其余材料为添加剂，参见王慧敏，大口径钻进软质岩层相似材料模拟，中南工业大学硕士学位论文(2009年)；郑力等，均质岩体中地下洞室的模型试验研究，第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会论文集，280～287；孔令强等，模拟煤体的相似材料配比试验研究，《露天技术》，2007，第4期：33～36；刁心宏等，软岩隧道围岩压力模型试验研究，《华东交通大学学报》，2008，25(5)：1～7。(三)采用重晶石作为主要材料，其他材料有石膏、砂、汽油、环氧树脂、聚酰胺、酒精、松香等，参见董昌周等，公路隧道模型试验相似材料试验研究，《现代隧道技术》，2010，47(1)：11～16；李丹，白世伟等，软岩隧道围岩加固方法优化对比试验研究与分析，《岩土力学》，2010，31(赠1)：145～149。(四)采用铁精粉、钢砂或铜粉等主要材料，参见张强勇等，铁晶砂胶结新型岩土相似材料的研制及其应用，《岩土力学》，2008，29(8)：2126～2130；李仲奎等，模型试验中制备模型用的材料，2005，专利号ZL 02116676.5。

上述模型材料中，采用石蜡、砂和凡士林原料制备工艺较复杂，温度要求较高，不适宜大体积模型试验，采用石膏等原料增加材料的脆性，不利于模拟单轴受压软岩的大变形性能。

本发明的目的是提供一种可模拟软岩大变形性能、性质稳定、成本低且无污染的模型试验中制备模型用的材料，采用不同的配合比，实现模拟不同软岩大变形性能的材料。

发明内容

本发明提出的一种软岩物理模拟试验的模型材料，含有水泥、砂和水，其特征在于该材料中还含有粘土，其原料成分按重量份数比为：水9～13，水泥10～15，粘土14～25，砂200～205。

利用本发明制备的软岩模型用材料，可克服现有相似模型试验中无法模拟单轴受压材料的大变形问题，模拟材料在单轴受压下出现大变形性能。

本发明所选用的粘土是市场上常见的300目细度的粘土，该类粘土在自然条件下稳定，材料来源广泛，易拌合均匀。为了调整配合比以适应不同的大变形性能，又添加了一定比例的干燥细砂，采用水泥增加材料的强度。

实施例1

模拟某深井软岩巷道地质力学模型试验，相似材料成分按重量份数比为：水10，水泥13，粘土14，砂200。夯压制作成直径50mm、高100mm圆柱体试件，试件在单轴受压下出现大变形性能，典型单轴压缩大变形应力应变曲线见说明书附图。

附图说明

附图为相似材料在单轴压缩轴向应力应变曲线，在该图中应力应变曲线上升段无明显线直线段，没有明显峰值点，应力应变曲线出现塑化现象。