[发明专利]一种用于高拱坝动力模型试验的相似材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于高拱坝动力模型试验的相似材料及其制备方法，涉及模型试验领域。所述相似材料的原材料包括：重晶石砂、重晶石粉、粉煤灰、水泥和水，所述原材料按质量比为：重晶石砂45‑55份、重晶石粉25‑35份、粉煤灰7‑15份、水泥1‑5份和水6‑13份。制备时，先将重晶石砂和重晶石粉混合，然后再将粉煤灰和水泥混合并干拌，水分为两次加入。这种相似材料具有初凝时间长，力学参数的可调节范围较广的特点，原材料来源广泛、无毒无害、价格低廉，在高拱坝动力模型试验领域具有大规模应用的前景。

技术领域

本发明涉及模型试验领域，尤其是一种用于高拱坝动力模型试验的相似材料及其制备方法。

背景技术

随着我国水电资源的进一步开发，在我国西南地区正在修建或拟修建许多坝高200米甚至300米级别高拱坝。而这些地区地震概率大、烈度高，抗震问题是高拱坝建设过程中遇到的最具有挑战性的难题之一。研究高拱坝的抗震问题，往往需要观察大坝在地震作用下的全过程行为，因此基于振动台的动力模型试验是研究地震荷载作用下高拱坝的力学行为、坝体性态的重要方法。

动力模型试验是在满足相似条件的前提下将原型工程缩小到实验室所能承担的实体物理模型，通过研究模型的规律来反推原型工程中的规律。对于高拱坝这类工程来说，研究其抗震问题需满足重力-惯性力相似准则，即λ_ρλ_L＝λ_E，其中λ_ρ表示原型和模型的密度比尺，λ_E表示原型和模型的强度比尺，λ_L表示原型和模型的几何比尺。开展高拱坝模型试验的难点在于，原型和模型的几何比尺特别大，由此带来的相似材料低强度而高密度的要求是一般材料难以满足的。

目前，在岩土工程领域出现了一些性能较好的岩体相似材料，但岩土工程中原型和模型的尺度差异远远没有高拱坝领域中的大，并且一些用于制备相似材料的原材料不易获得且成本较高。既有的极少数用于高拱坝模型试验的相似材料又难以完全满足相似条件的要求，因此研制出一种材料来源广泛、制作工艺简单的高拱坝动力模型试验相似材料是极为迫切的。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题，在于提供一种用于高拱坝动力模型试验的相似材料及其制备方法，以满足基于振动台的高拱坝动力模型试验的需求。

为解决以上技术问题，本发明提供一种用于高拱坝动力模型试验的相似材料及其制备方法，具体如下技术方案：

本发明提供一种用于制备高拱坝相似材料，原材料包括：重晶石砂、重晶石粉、粉煤灰、水泥、水。原材料的质量比为：重晶石砂35-55份、重晶石粉25-45份、粉煤灰7-15份、水泥1-6份和水6-13份。

进一步的，本发明所提出的用于制备高拱坝相似材料的原材料，重晶石砂的粒径为2-4mm，比重为4.0-4.2g/cm³。

进一步的，本发明所提出的用于制备高拱坝相似材料的原材料，重晶石粉的粒径为0.1-0.2mm，比重为4.3-4.5g/cm³。

进一步的，本发明所提出的用于制备高拱坝相似材料的原材料，粉煤灰的质量等级为二级，细度要求按45μm方孔筛余量不大于25％。

进一步的，本发明所提出的用于制备高拱坝相似材料的原材料，水泥为M32.5水泥。

本发明还公开了一种用于高拱坝动力模型试验的相似材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、利用电子秤，按照重量配合比分别称取相应质量的重晶石砂、重晶石粉、粉煤灰、水泥和水。

步骤2、将步骤1中称取的重晶石砂、重晶石粉、粉煤灰和水泥倒入搅拌机中。