[发明专利]一种脆性岩石相似材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质力学模型试验技术领域，更具体的涉及一种脆性岩石相似材料及其制备方法，它适用于对不同重度和力学参数的脆性岩石的相似模拟试验。

背景技术

地质力学模型试验是岩石力学研究的重要手段，是仿照真实结构并按照一定比例关系复制而成的试验代表物。模型试验采用适当的相似材料制成与原型相似的试验模型，观测相似材料模型在一定外界作用下模型的应力应变情况和破坏情况，并根据相似关系推断原型中发生的物理力学过程，从而揭示实际工程围岩的变形破坏规律，为岩石工程设计及工程灾害的防控提供依据。

在岩石工程的相关研究中，经常需要开展脆性岩石变形破坏过程的模型试验研究。由于岩石物理力学性质变化范围广，变形破坏过程多样性强，因此对相似材料的物理力学性质的调节提出了较高的要求。相似材料的控制参数主要包括重度、强度、弹性模量等。一般情况下，相似材料重度与原岩一致为佳。以往采用的水泥基材料或石膏基材料重度较低。而常用来提高相似材料重度的铁精粉对复合材料力学参数的影响并不明晰。研制一种具备脆性岩石变形破坏特点，容重和力学参数变化范围大，组成相对简单的相似材料，对于能源、交通、水利、矿山、国防等领域的岩石工程地质力学模型试验研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够模拟脆性岩石的相似材料及其制备方法，该材料具备重度高、可调整范围大，力学参数调节范围宽，原材料来源广泛、价格低廉，制备方法简单，养护要求低，强度发展快等优点。

本发明所采用的技术方案是：

一种脆性岩石相似材料，所述脆性岩石相似材料采用重晶石砂、石英砂、重晶石粉为骨料，松香为胶结剂，酒精为调和剂，其质量配比如下：

所述粗骨料为20～40目的重晶石砂和石英砂，假设粗骨料总量为100份，则重晶石砂占比为0～100份，石英砂占比为100～0份；

细骨料由粒径小于500目的重晶石粉构成；

胶结剂由可溶于酒精的化工用松香构成；

调和剂由95％医用酒精或药用酒精组成。

一种脆性岩石相似材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)按质量配比称取重晶石砂、石英砂、重晶石粉、松香和酒精；

(2)将松香放入容器内，倒入酒精，充分溶解；

(3)将重晶石砂、石英砂和重晶石粉倒入搅拌机，充分拌合均匀，形成固体混合料；

(4)再次搅拌固体混合料，同时缓慢均匀的将松香酒精溶液倒入固体混合料中，充分拌合均匀，形成拌合好的混合料；

(5)将拌合好的混合料置入模具中，加载一定的压力使之成型；

(6)脱模，将试件置于通风干燥处3～5天，即可得到所述脆性岩石相似材料模型。

本发明的有益效果是，

1、本发明相似材料的重度和强度变化范围大，重度范围达到17kN/m³～30kN/m³，强度范围达到0.3MPa～2.5MPa，力学参数调节方便，脆性较强，具有较高的软化比，软化比大于0.8，可以模拟大部分脆性岩石的变形破坏特性。

2、本发明相似材料原材料来源广泛，价格低廉，可以重复利用，无毒无害。

3、本发明相似材料制备方法简单，操作方便，制成品无需特殊条件养护，干燥快，强度发展迅速，性质稳定。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为相似材料的强度发展曲线。

图2粗骨料全部为重晶石砂时重晶石砂含量对材料密度的影响规律；

图3为实例一的应力应变曲线；

图4为实例二的应力应变曲线；

图5为实例三的应力应变曲线。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种脆性岩石相似材料，所述脆性岩石相似材料采用重晶石砂、石英砂、重晶石粉为骨料，松香为胶结剂，酒精为调和剂，其质量配比如下：

所述粗骨料为20～40目的重晶石砂和石英砂，假设粗骨料总量为100份，则重晶石砂占比为0～100份，石英砂占比为100～0份；

细骨料由粒径小于500目的重晶石粉构成；

胶结剂由可溶于酒精的化工用松香构成；

调和剂由95％医用酒精或药用酒精组成。