[发明专利]一种弱膨胀泥岩相似材料及其制备方法

说明书

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种弱膨胀泥岩相似材料及其制备方法，包括以下组分，膨润土、重晶石粉、松香酒精溶液以及石膏、石英砂。其中，各组分的占总料质量比为：膨润土5%‑20%，重晶石粉10%‑40%，松香酒精溶液7%，石膏占0‑3%，石英砂为以上材料占比之和不足1时的填充。制备方法，粉状松香用乙醇溶解得到松香酒精溶液，按照预先设计的质量配比称量所述膨润土、重晶石粉、石膏及石英砂，并混合均匀得到干材料，将按质量配比的松香酒精溶液加入干材料中，再混合均匀，得到湿材料；将湿材料制样、烘干。有益效果：本发明主要保证了相似材料的膨胀性、高强度性、易粘结性，同时具有稳定的力学性质。各组分原料易得，成本较低。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种基于弱膨胀泥岩相似材料及其制备方法。

背景技术

相似理论是揭示互相相似的物理现象之间存在的固有关系，说明自然界和工程中各相似现象相似原理的学说。模型实验基于相似理论，将工程实体通过一定的比例缩小从而进行相应的试验，模型试验是解决复杂工程课题的重要手段，在岩土工程研究中已得到广泛应用。

膨胀泥岩是软岩的一种，其地层在我国具有广泛的分布，其具有吸水膨胀、失水收缩以及泥化等不良地质特征，这样的泥岩作为高速铁路地基具有潜在危险性，在国内运营的多处高铁地基中出现上拱变形而影响列车运行或拆除重建，造成极大的人力、物力、财力损失。目前对弱膨胀性泥岩的实验室研究主要面临着原装样取土困难的问题，尤其是高速铁路地基中泥岩的取样不符合铁路运行要求，同时，采集耗费大量人力、财力和时间，而室内模型试验研究高铁的上拱变形机理尤为重要，是目前高铁线路变形中出现的新问题。此外弱膨胀性泥岩引起的形变较小，对实验室研究的要求较高。

相似材料原料的选择，各组分的配比以及制备方法对模型试验的成功与否起着决定性作用。膨润土具有一定的膨胀性，且具有来源丰富、价格便宜、物理力学性能稳定、环保无污染等优点，本申请发明人对膨润土用来做膨胀性岩土模拟实验相似材料进行了研究。

发明内容

本发明为解决现有技术中弱膨胀性泥岩研究取样难，不能更好服务于室内模型试验的问题，提供一种制作方便，物理力学性能稳定，能服务于地基各类膨胀泥岩地基，价格便宜的模型试验相似材料制备方法及参考指标。同时本发明还提供该相似材料的制备方法，该制备方法简单易行，成本低廉，便于室内开展试验。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种弱膨胀泥岩相似材料，包括以下组分，骨料：膨润土、重晶石粉；胶结材料：松香酒精溶液以及石膏；填充材料：石英砂，其中，各组分的质量占比为：所述膨润土占总料比重为5%-20%，所述重晶石粉占总料比重为10%-40%，所述松香酒精溶液质量浓度为30%-60%，松香酒精溶液占相似材料总料比重为7%-10%，所述石膏占总料比重0-3%，所述石英砂为以上材料占比之和不足1时的填充。

所述膨润土为纳基膨润土，其制备原料粒径小于0.5mm；石英砂、重晶石粉、石膏制备原料粒径均小于0.5mm。

一种弱膨胀泥岩相似材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）根据干密度与原材料各成分质量占比的关系图（图1），干燥饱和吸水率与原材料各成分质量占比的关系图（图2），无荷膨胀率与原材料各成分质量占比的关系图（图3），膨胀力与原材料各成分质量占比的关系图（图4），确定相似材料原材料配比；

（2）配制相应浓度的松香酒精溶液，具体制作方法为：松香磨粉，粒径0.5mm以下，粉状松香加入到乙醇中，阴凉干燥处静置一到两天，等待松香溶解；

（3）根据确定的材料配比称量膨润土、重晶石粉、石英砂并搅拌均匀，加入配制好的松香酒精溶液中再次搅拌均匀，然后称量约120g湿材料利用击样器击实，最后将击实后的试样放入80℃恒温烘箱中烘干即可。