[发明专利]一种模拟层状节理岩体相似材料的试验模型的制作方法

说明书

本发明公开了一种模拟层状节理岩体相似材料的试验模型的制作方法，涉及岩土工程领域，以解决现有模型结构上存在的需要事先预设层面和节理等不连续面的位置，模拟受到局限的问题。该方法具体步骤如下：根据需要模拟的材料力学参数和模型试验比例确定模拟试验相似材料的力学参数，并且由相似材料力学参数确定颗粒材料粒径大小和胶结材料配合比；按照特定排列方式逐层铺设钢珠和浇筑混合料：根据模型模拟岩层、层面、软层、断层和节理等要求，采用颗粒材料和胶结材料同时浇灌或者先筑颗粒材料后灌胶结材料的方法，直接浇筑模型试验相似材料。本发明可直接在浇筑过程设置层理和节理等不连续面的位置，不需提前进行加工预设工作。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，特别涉及一种模拟层状节理岩体相似材料的试验模型的制作方法。

背景技术

层状节理岩体是边坡工程中最常见的一类非均质、非连续复杂介质，这类介质中往往存在着大量的不连续面，如层面、节理、断层和裂隙等，给建设在层状节理岩体中的边坡工程稳定性带来了安全隐患。因此,研究层状节理岩体的力学特性及边坡变形破坏特征一直以来都是边坡工程与岩土力学领域最关心的问题。相似材料试验研究是最常用的、也最直观有效的方法之一，其中层状节理岩体相似材料的选择与制作工艺一直以来都是相似材料模型研究的难点与热点。

在岩土结构模型试验中，为了保障模型与原型的相似性，根据相似准则，要求所使用的相似材料必须具备高容重、低强度、低弹模和可变的内摩擦角等特点，特别是要体现岩土体材料的非均匀性和非连续性。如层状节理岩体的层面和节理造成的非均质和不连续性，其层面有平直和起伏之分，其节理大多垂直于层面或者大角度相交，倾角一般大于60°。

现有模拟层状节理岩体相似材料一般是由散粒体组成，经胶结剂胶结并模压成为砌块，然后码砌成层，并在层间采用充填或隔离等方法模拟层面。或者直接浇筑成形，采用切割分离的方法在预设部位模拟层面和节理。这些方法都要事先预设层面和节理等不连续面的位置，并且受到模拟数量和模拟效果的限制，具有很大程度主观人为性和技术局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟层状节理岩体相似材料的试验模型的制作方法，以解决现有模型结构上存在的需要事先预设层面和节理等不连续面的位置，模拟受到局限的问题。

本发明所采取的技术方案是:一种模拟层状节理岩体相似材料的试验模型的制作方法，其由胶结材料将球形颗粒粘接而成，相邻球形颗粒间在水平方向上的接触点为点接触，接触点为柔性接触，通过接触点的不同排列组合而模拟实现节理面；具体步骤如下：

第一步，根据需要模拟的材料力学参数和模型试验比例确定模拟试验相似材料的力学参数，并且由相似材料力学参数确定颗粒材料粒径大小和胶结材料配合比；

第二步，根据胶结材料配合比将各组分干拌均匀，然后按设定配合比加入水和液态添加剂搅拌均匀备用；

第三步，按照特定排列方式逐层铺设钢珠和浇筑混合料：根据模型模拟岩层、层面、软层、断层和节理等要求，结合模型设计形状和层状节理岩体结构，采用颗粒材料和胶结材料同时浇灌或者先筑颗粒材料后灌胶结材料的方法，直接浇筑模型试验相似材料。

进一步的，球形颗粒为钢珠或陶粒。

进一步的，胶结材料包括基质和添加剂的混合料，基质材料为重金石粉，添加剂为石膏、水、缓凝剂、白乳胶或发泡剂中的一种或几种。这些柔性、弹性胶结材料给球形颗粒添加一层外模，可以大幅降低变形模量。

如何提供一种使用相似材料模拟实际工程中层状节理岩体的基本特性且具有制作工艺简单、生产效率较高、模拟效果较好的节理岩体相似材料制作方法，是本领域技术人员急需解决的问题。

基于颗粒流模型制作的相似材料对于物理模型模拟岩土体材料具有广泛的适用性。就层状节理岩体而言，其相似材料尚需较好地解决层面和节理的模拟问题。