CN1792990A - 铁晶砂胶结岩土相似材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明选择铁矿粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉、松香和工业酒精作原材料，研制成铁晶砂胶结岩土相似材料。其中，铁矿粉、重晶石粉和石英砂作为主骨料，松香与酒精配制的溶液作为胶结剂，石膏粉作为调节剂。将铁矿粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉和松香酒精溶液按规定的配比称量并充分搅拌均匀，将拌和好的混合料倒入钢制模具内，并在压力机下以一定的压力将混合料压实，然后将模具拆开、取出压制成型的试件，放置在常温下干燥2～3天。力学参数测试表明：材料具有容重高，力学参数变化范围广，制作工艺简单，干燥时间短，价廉易得，没有任何毒副作用且可重复使用等优点。可广泛应用于能源、交通、水利、矿山等领域的岩土工程地质力学模型试验研究，应用前景广阔，经济效益显著。

Description

铁晶砂胶结岩土相似材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水利、交通、矿山、能源工程领域，尤其涉及与这些领域内的岩土介质物理力学特性保持相似的相似材料。
背景技术
进入新世纪，随着国民经济的持续发展和西部大开发战略的实施，我国迎来了大规模工程建设的高峰期，如三峡、南水北调、西气东输、西电东送、青藏铁路等大型工程的开工建设一方面对加快我国国民经济发展，提高人民生活水平和保持社会可持续发展起到了重大的促进作用，同时开发这些大型工程项目将面临大量的岩土开挖，涉及许多有关岩土强度破坏、变形失稳和加固处理的问题。对这些的复杂问题，一方面要借助理论分析、计算机数字模拟方法去研究，另一方面，更多地要借助岩土地质力学模型试验手段来解决。地质力学模型是真实物理实体的再现，在基本满足相似原理的条件下，能够真实地反映岩土介质的基本物理力学特性。
要进行地质力学模型试验，必须有与岩土介质物理力学特性保持相似的相似材料，目前有关岩土相似材料的研究现状如下：
《武汉水利电力大学学报》1997年第2期介绍了一种由重晶石粉、胶膜铁粉和松香酒精溶液搅拌混合而成的相似材料，简称MIB材料。该材料的显著特点是其弹性模量能够根据胶膜厚度进行调整，其缺点是作为铁粉胶粘剂的氯丁胶含有甲苯，对人体的毒副作用较大。《广东土木与建筑》2002年第12期介绍选用水泥石膏作为岩石模拟材料，通过大量的水泥石膏室内试验，对水泥石膏相似材料的物理力学性能进行了研究。此类材料的特点是价格低廉、易于加工制作，但模型干燥慢、养护时间长，材料不能重复利用。《水力发电学报》2004年第1期介绍了一种NIOS地质力学模型材料，它由磁铁矿精矿粉、河砂、粘结剂石膏或水泥、拌和用水及添加剂组成。该材料的特点是容重大、价格低廉、性能稳定，但模型干燥慢、养护时间长，材料不能重复利用。《工程地质学报》1994年第2期介绍在模拟西安地区断裂构造活动性时，选用重晶石，石膏，石英砂，水，乳胶的混合物作为基本的模型材料，甘油，柠檬酸作为辅料剂。这种材料的特点是材料价廉易得，但模型干燥时间长，加入白乳胶后，在模型某些部位易产生裂纹而影响材料力学特性。《西部探矿工程》2003年第12期介绍依据兖州矿区的地质采矿条件，采用河砂、云母为骨料，碳酸钙、石膏为胶结物的相似材料，来研究大条带综放开采引起的覆岩破坏特征。对于表土和煤，由于容重小，加进适量的锯末以减少相似材料的容重，该材料只适合模拟该地区的岩土工程特性而不具备普遍性。
上述岩土相似材料普遍存在的不足是：相似材料容重低、干燥时间慢、力学参数变化范围窄、材料不能重复使用。
发明内容
地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，其中模型材料的选择对地质力学模型试验的成功与否起着至关重要的作用。在岩土工程地质力学模型试验中，作为模拟岩土力学特性的相似材料必须具备高容重、低强度、低变形模量和可变化的内摩擦角等基本特点，而满足这些要求的材料在自然界是不存在的，必须用人工方法进行组合得到。根据我们多年的研究经验，对相似材料的研制，一般遵循如下一些基本原则：
(1)相似材料应由散粒体组成。经胶结剂胶结并在模具内强压成一定尺寸的砌块，才能保证有致密的结构和较大的内摩擦角。(2)散粒体应选用大比重的物质，并由粗、细颗粒按最优级配组成，以获得最大的容重和较小的孔隙率。(3)采用弱胶结性的胶结剂，以降低成型材料的强度。(4)成型后的材料应具有较高的电气绝缘度，且不受温度和湿度变化的影响，模拟过程中材料的力学性能比较稳定。(5)应采用价廉易得的原材料，以降低材料制作成本和模型试验经费。(6)材料制作工艺力求简化，成型后能快速干燥，以加快模型试验进程。(7)相似材料的力学参数具有较大的可变化范围，以适应模拟不同岩土介质的需要。(8)对人体无任何毒害作用。
根据相似材料的上述研究原则，我们经过200多组、近600多个试件的材料力学参数测试，研制出了一种新型岩土相似材料，它是由铁矿粉(Iron ore powder)、重晶石粉(Blancfix powder)、石英砂(Sand)、石膏粉(Gypsum powder)、松香酒精((Rosin and Alcohol)溶液按照一定的配比混合并均匀搅拌而成的一种复合材料，称为铁晶砂胶结岩土相似材料。材料力学参数测试表明，该材料具有容重高、力学参数变化范围广、性能稳定、价格低廉、制作工艺简单且可重复使用的显著优点。
本发明的铁晶砂胶结岩土相似材料的技术方案是：选择铁矿粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉、一级松香和纯度为99.9％的工业酒精作原材料，其中，铁矿粉、重晶石粉和石英砂作为主骨料，松香与酒精配制的溶液作为胶结剂，石膏粉作为调节剂。由于铁矿粉、重晶石粉太细，为了优化级配和调节材料的力学特性，在材料中加入石英砂作粗骨料。
优选得到的材料配比构成是：铁矿粉、重晶石粉和石英砂的重量配比为：1∶0.67～1.5∶0.17～0.37，石膏粉作为调节剂，其重量为材料总重的0～4％，松香酒精溶液作为胶结剂，其摩尔浓度为5～25％、重量为材料总重的3％～6％。
本发明的铁晶砂胶结岩土相似材料的制作工艺过程是：先把铁矿粉、重晶石粉、石英砂和石膏粉按照规定的配比称量并倒入搅拌机里充分搅拌均匀，然后加入松香酒精溶液进一步拌和，将拌和好的混合料，倒入钢制模具内，并在压力机下以1.5～2.0MPa左右的压力将混合料压实，最后将模具拆开、取出压制成型的试件，在试件表明贴上标签，放置在常温下干燥2～3天。
干燥后的材料试件先秤重量、测量高度，计算出容重γ。随后在试验机上测试材料试件的力学参数，主要包括弹性模量E、泊松比μ、抗压强度σc、抗拉强度σt、内摩擦角φ和粘聚力C。
材料力学参数测试在电子万能试验机和三轴剪切仪上进行，经过近200多组、共计600多个材料试件的力学参数测试，研制出铁晶砂胶结岩土相似材料。
铁晶砂胶结岩土相似材料的主要物理力学参数
(1)主要物理力学参数
表1为不同配比测得的材料主要抗剪强度参数，表2为不同配比测得的材料主要物理力学参数。
                    表1不同配比测得的材料主要抗剪强度参数
  序号   材料配比   石英砂目数(目)   粘结力(KPa)   内摩擦角(°)
  铁矿粉∶重晶石粉∶石英砂   石膏占材料总重的百分比   松香酒精溶液摩尔浓度   松香酒精溶液占材料总重的百分比
  1   1∶0.67∶0.20   2.5％   7.5％   5.0％   20～40   102.0   37.6
  2   1∶0.67∶0.25   2.5％   7.5％   5.0％   20～40   103.8   40.1
  3   1∶0.67∶0.30   2.5％   7.5％   5.0％   20～40   106.6   42.5
  4   1∶0.67∶0.35   2.5％   7.5％   5.0％   20～40   108.7   36.5
  5   1∶0.67∶0.30   2.5％   5.0％   5.0％   20～40   47.8   40.5
  6   1∶0.67∶0.30   2.5％   6.0％   5.0％   20～40   98.3   36.0
  7   1∶0.67∶0.30   2.5％   9.0％   5.0％   20～40   156.7   37.4
  8   1∶0.67∶0.30   2.5％   10.0％   5.0％   20～40   117.5   35.6
  9   1∶0.67∶0.30   2.5％   12.5％   5.0％   20～40   167.5   39.9
  10   1∶0.67∶0.30   2.5％   15.0％   5.0％   20～40   301.8   37.1
  11   1∶0.67∶0.30   2.5％   7.5％   5.0％   5～10   33.3   43.3
  12   1∶0.67∶0.30   2.5％   7.5％   5.0％   50～60   87.8   39.5
                         表2不同配比测得的材料主要物理力学参数
序号   材料配比 容重(KN/m3) 抗压强度(MPa) 弹模(MPa) 抗拉强度(MPa)
  铁矿粉∶重晶石粉∶石英砂   石膏占材料总重的百分比   松香酒精溶液摩尔浓度   松香酒精溶液占材料总重的百分比
  1   1∶1∶0.22   3.0％   17.5％   5.0％   2.88   0.380   31.81   0.04
  2   1∶1∶0.22   3.5％   17.5％   5.0％   2.74   0.412   44.89   0.04
  3   1∶1.5∶0.28   3.0％   17.5％   5.0％   2.68   0.331   45.04   0.03
  4   1∶1∶0.22   4.0％   17.5％   5.0％   2.71   0.309   48.08   0.03
  5   1∶1∶0.22   2.0％   17.5％   5.0％   2.72   0.479   57.91   0.05
  6   1∶0.67∶0.29   2.5％   6.0％   5.0％   2.52   0.29   60.00   0.03
  7   1∶0.67∶0.28   4.0％   6.0％   5.0％   2.53   0.22   60.00   0.02
  8   1∶1.5∶0.28   2.5％   17.5％   5.0％   2.70   0.774   68.65   0.08
  9   1∶0.67∶0.19   2.5％   6.0％   5.0％   2.50   0.38   70.00   0.04
  10   1∶1.5∶0.28   3.5％   17.5％   5.0％   2.72   0.778   74.22   0.08
  11   1∶0.67∶0.19   2.5％   6.0％   5.0％   2.63   0.49   80.00   0.05
  12   1∶0.54∶0.17   2.5％   6.0％   5.0％   2.57   0.38   80.00   0.04
  13   1∶1∶0.35   3.5％   6.0％   5.0％   2.53   0.39   82.00   0.04
  14   1∶1.5∶0.28   2.5％   17.5％   5.0％   2.72   0.742   87.09   0.07
  15   1∶0.67∶0.29   3.5％   6.0％   5.0％   2.66   0.30   90.00   0.03
  16   1∶0.67∶0.19   2.5％   7.5％   5.0％   2.42   0.48   90.00   0.05
  17   1∶0.67∶0.29   2.5％   7.5％   5.0％   2.53   0.42   90.00   0.04
  18   1∶1∶0.35   2.5％   6.0％   5.0％   2.53   0.30   90.00   0.03
  19   1∶1∶0.35   3.5％   7.5％   5.0％   2.55   0.40   90.00   0.04
  20   1∶0.67∶0.19   2.5％   8.0％   5.0％   2.64   0.79   90.00   0.08
  21   1∶0.54∶0.17   2.5％   8.0％   5.0％   2.58   0.54   90.00   0.05
  22   1∶1.5∶0.28   2.0％   17.5％   5.0％   2.73   0.652   92.65   0.07
  23   1∶1.5∶0.28   3.5％   17.5％   5.0％   2.67   0.621   93.98   0.06
  24   1∶1.5∶0.28   3.5％   17.5％   5.0％   2.71   0.900   94.63   0.09
                       续表2不同配比测得的材料主要物理力学参数
  25   1∶0.67∶0.29   0.0％   8.0％   5.0％   2.52   0.62   100.00   0.06
  26   1∶0.67∶0.19   2.5％   8.0％   5.0％   2.50   0.49   100.00   0.05
  27   1∶0.67∶0.19   2.5％   10.0％   5.0％   2.54   0.80   100.00   0.08
  28   1∶0.67∶0.29   2.5％   8.0％   5.0％   2.49   0.66   100.00   0.07
  29   1∶0.67∶0.19   0.0％   6.0％   5.0％   2.52   0.55   100.00   0.06
  30   1∶0.67∶0.19   0.0％   7.5％   5.0％   2.57   0.53   100.00   0.05
  31   1∶0.67∶0.29   0.0％   6.0％   5.0％   2.57   0.45   100.00   0.04
  32   1∶1∶0.35   2.5％   8.0％   5.0％   2.62   0.52   100.00   0.05
  33   1∶1∶0.35   3.5％   7.5％   5.0％   2.54   0.65   100.00   0.06
  34   1∶0.67∶0.30   2.5％   7.5％   5.0％   2.75   0.48   102.00   0.05
  35   1∶0.67∶0.29   0.0％   10.0％   5.0％   2.59   0.98   110.00   0.10
  36   1∶1∶0.35   2.5％   6.0％   5.0％   2.56   0.46   110.00   0.05
  37   1∶1∶0.35   2.5％   6.0％   5.0％   2.57   0.73   110.00   0.07
  38   1∶1∶0.35   3.5％   6.0％   5.0％   2.53   0.69   110.00   0.07
  39   1∶0.54∶0.17   2.5％   7.5％   5.0％   2.58   0.53   110.00   0.05
  40   1∶0.67∶0.19   2.5％   7.5％   5.0％   2.46   0.43   120.00   0.04
  41   1∶0.67∶0.29   2.5％   7.5％   5.0％   2.51   0.46   120.00   0.05
  42   1∶0.67∶0.19   0.0％   10.0％   5.0％   2.58   1.02   120.00   0.10
  43   1∶0.67∶0.29   0.0％   7.5％   5.0％   2.57   0.58   120.00   0.06
  44   1∶0.67∶0.29   0.0％   8.0％   5.0％   2.55   0.63   120.00   0.06
  45   1∶0.67∶0.19   0.0％   8.0％   5.0％   2.53   0.58   130.00   0.06
  46   1∶1.5∶0.28   2.0％   25.0％   5.0％   2.70   1.031   138.60   0.10
  47   1∶0.67∶0.29   0.0％   6.0％   5.0％   2.55   0.53   140.00   0.05
  48   1∶0.67∶0.29   0.0％   7.5％   5.0％   2.56   0.77   140.00   0.08
  49   1∶1∶0.22   2.5％   10.0％   5.0％   2.64   0.62   150.00   006
  50   1∶0.67∶0.19   0.0％   6.0％   5.0％   2.60   0.45   150.00   0.04
  51   1∶0.67∶0.19   0.0％   7.5％   5.0％   2.60   0.56   150.00   0.06
                  续表2不同配比测得的材料主要物理力学参数
  52   1∶0.67∶0.19   0.0％   8.0％   5.0％   2.55   0.64   150.00   0.06
  53   1∶1∶0.35   3.5％   8.0％   5.0％   2.68   1.06   150.00   0.11
  54   1∶1.5∶0.28   2.0％   25.0％   5.0％   2.68   1.005   152.68   0.10
  55   1∶1.5∶0.28   2.5％   25.0％   5.0％   2.67   1.000   158.98   0.10
  56   1∶0.67∶0.29   2.5％   6.0％   5.0％   2.54   0.45   160.00   0.04
  57   1∶0.67∶0.29   2.5％   10.0％   5.0％   2.52   0.92   160.00   0.09
  58   1∶1∶0.35   2.5％   7.5％   5.0％   2.56   0.64   160.00   0.06
  59   1∶1.5∶0.28   2.0％   25.0％   5.0％   2.70   4.41   167.06   0.44
  60   1∶0.67∶0.29   2.5％   8.0％   5.0％   2.49   0.65   170.00   0.06
  61   1∶1.5∶0.28   3.5％   17.5％   6.0％   2.68   0.750   171.68   0.08
  62   1∶1.5∶0.28   2.5％   17.5％   6.0％   2.67   0.948   174.88   0.09
  63   1∶1∶0.22   2.5％   17.5％   5.0％   2.81   0.629   174.95   0.06
  64   1∶1.5∶0.28   3.5％   17.5％   6.0％   2.67   0.890   192.99   0.09
  65   1∶1∶0.35   2.5％   10.0％   5.0％   2.58   0.88   194.45   0.09
  66   1∶1.5∶0.28   2.5％   25.0％   5.0％   2.69   1.113   194.90   0.11
  67   1∶0.43∶0.25   3.0％   17.5％   5.0％   2.70   0.96   201.38   0.10
  68   1∶1.5∶0.28   3.0％   25.0％   5.0％   2.67   0.911   203.82   0.09
  69   1∶2.33∶0.37   3.5％   17.5％   5.0％   2.61   1.093   206.68   0.11
  70   1∶0.67∶0.29   3.5％   6.0％   5.0％   2.68   0.59   210.00   0.06
  71   1∶0.67∶0.19   2.5％   8.0％   5.0％   2.51   0.61   210.00   0.06
  72   1∶1.5∶0.28   2.5％   17.5％   6.0％   2.71   0.914   221.66   0.09
  73   1∶2.33∶0.37   2.5％   17.5％   5.0％   2.67   0.958   225.22   0.10
  74   1∶1.5∶0.28   3.0％   25.0％   5.0％   2.70   1.148   225.48   0.11
  75   1∶0.43∶0.25   3.0％   25.0％   4.0％   2.75   1.48   249.30   0.15
  76   1∶0.67∶0.19   0.0％   10.0％   5.0％   2.56   0.93   250.00   0.09
  77   1∶0.67∶0.19   2.5％   10.0％   5.0％   2.53   0.73   260.00   0.07
  78   1∶2.33∶0.37   3.0％   17.5％   5.0％   2.59   1.022   272.54   0.10
                        续表2不同配比测得的材料主要物理力学参数
  79   1∶0.67∶0.29   2.5％   10.0％   5.0％   2.51   0.90   280.00   0.09
  80   1∶2.33∶0.37   3.0％   17.5％   5.0％   2.62   1.181   286.24   0.12
  81   1∶2.33∶0.37   3.5％   17.5％   5.0％   2.58   1.037   306.16   0.10
  82   1∶2.33∶0.37   2.5％   17.5％   5.0％   2.65   0.968   342.44   0.10
  83   1∶0.67∶0.29   0.0％   10.0％   5.0％   2.69   1.27   355.00   0.13
  84   1∶0.67∶0.29   3.0％   17.5％   5.0％   2.71   1.32   367.93   0.13
  85   1∶0.67∶0.29   2.5％   17.5％   5.0％   2.77   1.61   401.50   0.16
  86   1∶0.43∶0.25   2.5％   17.5％   5.0％   2.73   1.49   426.42   0.15
  87   1∶0.67∶0.29   3.0％   25.0％   4.0％   2.93   1.89   449.43   0.19
  88   1∶0.43∶0.25   3.0％   25.0％   4.0％   2.77   1.94   480.76   0.19
  89   1∶1∶0.35   2.5％   17.5％   5.0％   2.66   1.87   520.00   0.19
  90   1∶1∶0.35   0.0％   25.0％   5.0％   2.72   2.66   543.37   0.27
  91   1∶0.67∶0.25   3.5％   25.0％   5.0％   2.72   2.94   578.98   0.29
  92   1∶1∶0.35   0.0％   25.0％   5.0％   2.72   3.06   672.62   0.31
  93   1∶0.67∶0.29   2.5％   25.0％   5.0％   2.80   3.25   681.84   0.32
  94   1∶0.43∶0.25   0.0％   25.0％   5.0％   2.86   3.40   730.00   0.34
  95   1∶1∶0.35   3.5％   25.0％   5.0％   2.65   2.77   795.30   0.28
  96   1∶0.67∶0.29   2.5％   25.0％   5.0％   2.74   2.54   796.18   0.25
  97   1∶1∶0.35   2.5％   25.0％   5.0％   2.76   3.15   810.00   0.32
  98   1∶1∶0.35   3.0％   25.0％   4.0％   2.68   2.24   843.97   0.22
  99   1∶0∶0.18   0.0％   25.0％   5.0％   2.76   3.17   856.57   0.32
  100   1∶0∶0.18   0.0％   25.0％   5.0％   2.88   3.61   883.24   0.36
  101   1∶0.11∶0.21   0.0％   25.0％   5.0％   2.79   3.71   900.00   0.37
  102   1∶0.43∶0.25   2.5％   25.0％   5.0％   2.85   4.21   921.71   0.42
  103   1∶0.25∶0.22   0.0％   25.0％   5.0％   2.81   3.35   930.00   0.33
  104   1∶1∶0.35   3.5％   25.0％   5.0％   2.64   2.94   930.00   0.29
  105   1∶1∶0.35   2.5％   25.0％   5.0％   2.72   3.54   994.99   0.35
                      续表2不同配比测得的材料主要物理力学参数
  106   1∶0.67∶0.29   0.0％   25.0％   5.0％   2.72   3.58   1050.00   0.36
  107   1∶0.43∶0.25   0.0％   25.0％   5.0％   2.87   4.45   1066.96   0.45
  108   1∶1∶0.35   3.5％   25.0％   5.0％   2.67   2.88   1067.62   0.29
  109   1∶0.25∶0.22   0.0％   25.0％   5.0％   2.80   3.29   1119.66   0.33
  110   1∶1.5∶0.28   2.5％   25.0％   5.0％   2.68   5.37   1424.39   0.54
  111   1∶0.11∶0.21   0.0％   25.0％   5.0％   2.90   4.82   1458.34   0.48
采用铁矿粉、重晶石粉和石英砂作为主料，松香酒精溶液作为胶结剂，石膏作为调节剂，研制成一种铁晶砂胶结岩土相似材料，材料力学参数测试表明：该材料容重变化范围为24～29KN/m3、弹性模量变化范围为30～1400MPa、抗压强度变化范围为0.2～5.0MPa、粘结力变化范围为20～550Kpa、内摩擦角变化范围为30～50°。材料的物理力学参数变化范围较广，可用来模拟力学参数变化范围较大的岩土原型材料，试验证明该材料具有如下显著的优点。
(1)材料力学参数变化范围较广，可以用同一种材料，只要调整其中各组成部分的配比，即可适应不同种类岩土介质的相似要求，大大简化了模型试验研究工作的难度。
(2)材料不生锈，具有很高的绝缘性，且不受温度和湿度的影响，可在模型块上贴片而无须采取其他保护措施。
(3)所使用的主要原料均为市场或工厂定型产品，价廉易得，对降低模型试验成本意义重大。
(4)材料制作工艺简单、砌块成型脱模后，在室温下三天即可全部干燥投入使用，大大缩短了模型制作周期。
(5)材料没有任何毒副作用，不会对人体造成伤害。
(6)压制成型的材料砌块易于切割，因此便于各种形状模型的加工制作。并且砌块接缝可用本身材料进行粘接，砌缝不影响模型整体性能。
(7)材料物理力学特性稳定，可多次重复使用，大大提高了材料的利用率和使用寿命。
铁晶砂胶结岩土相似材料是一种理想的岩土相似材料，可广泛应用于能源、交通、水利、矿山等领域的岩土工程地质力学模型试验研究，应用前景广阔，经济效益显著。
附图说明
图1为材料典型的应力应变关系曲线、其中σ为应力，ε为应变；
图2为材料摩尔强度包络线，其中σ为正应力，τ为剪应力；
图3为松香酒精溶液的摩尔浓度对材料抗压强度的影响曲线，其中β为松香酒精溶液的摩尔浓度，σc为材料抗压强度。由图3知：调整松香酒精溶液的摩尔浓度，可以调节材料的抗压强度，松香酒精溶液的摩尔浓度越高，相似材料的抗压强度就越大；
图4为松香酒精溶液的摩尔浓度对材料弹性模量的影响曲线，其中β为松香酒精溶液的摩尔浓度，E为材料弹性模量。由图4知：调整松香酒精溶液的摩尔浓度，可以调节材料的弹性模量，松香酒精溶液的摩尔浓度越高，相似材料的弹性模量就越大；
图5为铁矿粉含量对材料容重的影响曲线，其中I为铁矿粉占材料总重的百分比，γ为材料的容重。由图5知：铁矿粉对材料容重有较大影响，随着铁矿粉含量的增加，相似材料的容重也随之增加，材料的容重最大可达到29KN/m3。
图6为铁矿粉含量对材料弹性模量的影响曲线，其中I为铁矿粉占材料总重的百分比，E为材料的弹性模量。由图6知：铁矿粉和重晶石粉在一定配比时，材料弹性模量最大可接近1400MPa。
图7为松香酒精溶液的摩尔浓度与材料容重的关系曲线，其中β为松香酒精溶液的摩尔浓度，γ为材料的容重。由图7知：松香酒精溶液摩尔浓度对材料的容重影响较小。
图8为松香酒精溶液摩尔浓度对材料粘结力的影响曲线，其中β为松香酒精溶液的摩尔浓度，C为材料粘结力。由图8知：材料粘结力随松香酒精溶液摩尔浓度的增加而增大。
图9为石英砂含量对材料粘结力的影响曲线。其中S为石英砂占材料总重的百分比，C为材料粘结力。由图9知：当石英砂含量不超过材料总重的20％时，材料粘结力随石英砂的增加而增大。
图10为石英砂目数对材料粘结力的影响曲线，其中M为石英砂目数，C为材料粘结力。由图10知：石英砂目数越大(即石英砂颗粒越细)，相似材料的粘结力越大。
图11为石英砂目数对材料内摩擦角的影响曲线，其中M为石英砂目数，φ为材料内摩擦角。由图11知：石英砂目数越大(即石英砂颗粒越细)，相似材料的摩擦角越小。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步说明，但本发明不限于此。
实施例1在铁矿粉、重晶石粉、石英砂的重量配比为1∶0.67∶0.30，石膏粉占材料总重2.5％，松香酒精溶液的摩尔浓度为7.5％，松香酒精溶液占材料总重5％这种材料配比状态下，按照确定的材料配比和浓度，先把铁矿粉、重晶石粉、石英砂和石膏粉称量并倒入搅拌机里充分搅拌均匀，然后加入松香酒精溶液进一步拌和，将拌和好的混合料，倒入钢制模具内，并在压力机下以2.0MPa的压力将混合料压实，最后将模具拆开、取出压制成型的试件，放置在常温下干燥2～3天。最后在试验机上测试干燥后材料试件的力学参数，测试得到的相应配比的材料力学参数是：材料容重为27.5KN/m2、抗压强度为0.48MPa、抗拉强度为0.05MPa、弹性模量为102MPa、粘结力为106.6KPa、内摩擦角为42.5°。这种配比的材料可用来模拟中等强度的岩体介质。
实施例2在铁矿粉、重晶石粉、石英砂的重量配比为1∶1∶0.22，石膏粉占材料总重4.0％，松香酒精溶液的摩尔浓度为17.5％，松香酒精溶液占材料总重5％这种材料配比状态下，按照确定的材料配比和浓度，先把铁矿粉、重晶石粉、石英砂和石膏粉称量并倒入搅拌机里充分搅拌均匀，然后加入松香酒精溶液进一步拌和，将拌和好的混合料，倒入钢制模具内，并在压力机下以2.0MPa的压力将混合料压实，最后将模具拆开、取出压制成型的试件，放置在常温下干燥2～3天。最后在试验机上测试干燥后材料试件的力学参数，测试得到相应配比的材料力学参数是：材料容重为27.1KN/m2、抗压强度为0.309MPa、抗拉强度为0.03MPa、弹性模量为48.1MPa。这种配比的材料可用来模拟强度较软的岩体介质。
实施例3在铁矿粉、重晶石粉、石英砂的重量配比为1∶0.43∶0.25，石膏粉占材料总重3.0％，松香酒精溶液的摩尔浓度为25.0％，松香酒精溶液占材料总重4％这种材料配比状态下，按照确定的材料配比和浓度，先把铁矿粉、重晶石粉、石英砂和石膏粉称量并倒入搅拌机里充分搅拌均匀，然后加入松香酒精溶液进一步拌和，将拌和好的混合料，倒入钢制模具内，并在压力机下以2.0MPa的压力将混合料压实，最后将模具拆开、取出压制成型的试件，放置在常温下干燥2～3天。最后在试验机上测试干燥后材料试件的力学参数，测试得到相应配比的材料力学参数是：材料容重为27.7KN/m2、抗压强度为1.94MPa、抗拉强度为0.19MPa、弹性模量为480.8MPa。这种配比的材料可用来模拟强度较高的岩体介质。

Claims (5)

1.一种铁晶砂胶结岩土相似材料，它是由铁矿粉(Iron ore powder)、重晶石粉(Blanc fixpowder)、石英砂(Sand)、石膏粉(Gypsum powder)、松香酒精(Rosin and Alcohol)溶液按照规定的配比均匀混合搅拌而成的一种复合材料。
2.一种如权利要求1所述的铁晶砂胶结岩土相似材料，其特征是：铁矿粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉、松香和工业酒精作原材料，其中，铁矿粉、重晶石粉和石英砂作为主骨料，松香与酒精配制的溶液作为胶结剂，石膏粉作为调节剂。
3.一种如权利要求1所述的铁晶砂胶结岩土相似材料，其特征是：铁矿粉、重晶石粉和石英砂的重量配比为：1∶0.67～1.5∶0.17～0.37，石膏粉作为调节剂，其重量为材料总重的0～4％，松香酒精溶液作为胶结剂，其摩尔浓度为5～25％，其重量为材料总重的3％～6％。
4.如权利要求1-3任一项所述的铁晶砂胶结岩土相似材料的制作工艺，其特征是：先把铁矿粉、重晶石粉、石英砂和石膏粉按照规定的配比称量并倒入搅拌机里充分搅拌均匀，然后加入松香酒精溶液进一步拌和，将拌和好的混合料，倒入钢制模具内，并在压力机下以1.5～2.0MPa左右的压力将混合料压实，最后将模具拆开、取出压制成型的试件，在试件表面贴上标签，放置在常温下干燥2～3天即可。
5.一种如权利要求1所述的铁晶砂胶结岩土相似材料，其特征是：容重高、力学参数变化范围广、性能稳定、价格低廉、制作工艺简单且可重复使用；该材料可广泛应用于能源、交通、水利、矿山等领域的岩土工程地质力学模型试验研究。
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Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101393091B (zh) * 2008-10-31 2011-09-07 中国科学院力学研究所 一种钙质砂胶结制样及其检验方法
CN102296606A (zh) * 2011-07-22 2011-12-28 山东大学 用于地下工程模型试验支护的砂浆锚杆及施做方法
CN102351493A (zh) * 2011-07-20 2012-02-15 山东大学 用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料及其制备方法
CN102390975A (zh) * 2011-08-08 2012-03-28 四川大学 用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法
CN101734899B (zh) * 2009-12-07 2012-07-25 上海理工大学 一种模拟iv类围岩的试验用模型土及其制备方法
CN102701696A (zh) * 2012-06-08 2012-10-03 中国地质大学（武汉） 一种露天转地下开采模型试验矿岩相似材料
CN102911639A (zh) * 2012-08-20 2013-02-06 中国矿业大学 一种磁敏性相似材料及其制备方法
CN104003655A (zh) * 2014-05-30 2014-08-27 中国人民解放军理工大学 一种脆性岩石相似材料及其制备方法
CN104330292A (zh) * 2014-10-22 2015-02-04 山东大学 相似材料自动拌制及试件精确压制成型装置与其使用方法
CN104496387A (zh) * 2014-12-16 2015-04-08 中山大学 一种基于软岩遇水软化特性的相似材料及其制备方法
CN104503494A (zh) * 2014-10-29 2015-04-08 中国人民解放军理工大学 一种使用重晶石砂调节相似材料比重的方法
CN104909696A (zh) * 2015-06-01 2015-09-16 山东科技大学 一种用于制备模拟褶曲构造的相似材料组合及其方法
CN105675385A (zh) * 2016-01-08 2016-06-15 三峡大学 可模拟软弱层面的地质温敏材料及其制作方法、温控***
CN106007605A (zh) * 2016-05-13 2016-10-12 重庆交通大学 无水短养护软岩相似模型材料及其制备方法
CN106630758A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 戴琪 一种快干体积稳定型大理岩相似材料的制备方法
CN106746921A (zh) * 2016-12-11 2017-05-31 中国人民解放军理工大学 一种松香胶结相似材料的回收再利用方法
CN108706914A (zh) * 2018-06-04 2018-10-26 浙江科技学院 一种能模拟新拌水泥砂浆性质的材料
CN109400056A (zh) * 2018-11-07 2019-03-01 四川大学 一种水泥胶结岩体相似材料回收及再利用方法
CN110482988A (zh) * 2019-09-18 2019-11-22 兰州交通大学 一种弱膨胀泥岩相似材料及其制备方法
CN110526623A (zh) * 2019-09-18 2019-12-03 兰州交通大学 模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2195122Y (zh) * 1994-04-30 1995-04-19 西安矿业学院 组合堆体相似材料模拟实验装置
CN2430746Y (zh) * 2000-07-07 2001-05-16 西安科技学院 一种相似材料立体模拟实验支架

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101393091B (zh) * 2008-10-31 2011-09-07 中国科学院力学研究所 一种钙质砂胶结制样及其检验方法
CN101734899B (zh) * 2009-12-07 2012-07-25 上海理工大学 一种模拟iv类围岩的试验用模型土及其制备方法
CN102351493A (zh) * 2011-07-20 2012-02-15 山东大学 用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料及其制备方法
CN102351493B (zh) * 2011-07-20 2013-06-05 山东大学 用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料及其制备方法
CN102296606A (zh) * 2011-07-22 2011-12-28 山东大学 用于地下工程模型试验支护的砂浆锚杆及施做方法
CN102296606B (zh) * 2011-07-22 2013-08-28 山东大学 用于地下工程模型试验支护的砂浆锚杆及施做方法
CN102390975A (zh) * 2011-08-08 2012-03-28 四川大学 用于模拟软弱岩体的地质力学模型相似材料及其制备方法
CN102701696A (zh) * 2012-06-08 2012-10-03 中国地质大学（武汉） 一种露天转地下开采模型试验矿岩相似材料
CN102911639A (zh) * 2012-08-20 2013-02-06 中国矿业大学 一种磁敏性相似材料及其制备方法
CN104003655A (zh) * 2014-05-30 2014-08-27 中国人民解放军理工大学 一种脆性岩石相似材料及其制备方法
CN104330292A (zh) * 2014-10-22 2015-02-04 山东大学 相似材料自动拌制及试件精确压制成型装置与其使用方法
CN104503494A (zh) * 2014-10-29 2015-04-08 中国人民解放军理工大学 一种使用重晶石砂调节相似材料比重的方法
CN104496387A (zh) * 2014-12-16 2015-04-08 中山大学 一种基于软岩遇水软化特性的相似材料及其制备方法
CN104909696A (zh) * 2015-06-01 2015-09-16 山东科技大学 一种用于制备模拟褶曲构造的相似材料组合及其方法
CN104909696B (zh) * 2015-06-01 2017-09-19 山东科技大学 一种用于制备模拟褶曲构造的相似材料组合及其方法
CN105675385A (zh) * 2016-01-08 2016-06-15 三峡大学 可模拟软弱层面的地质温敏材料及其制作方法、温控***
CN106007605A (zh) * 2016-05-13 2016-10-12 重庆交通大学 无水短养护软岩相似模型材料及其制备方法
CN106007605B (zh) * 2016-05-13 2020-01-07 重庆交通大学 无水短养护软岩相似模型材料及其制备方法
CN106746921A (zh) * 2016-12-11 2017-05-31 中国人民解放军理工大学 一种松香胶结相似材料的回收再利用方法
CN106630758A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 戴琪 一种快干体积稳定型大理岩相似材料的制备方法
CN108706914A (zh) * 2018-06-04 2018-10-26 浙江科技学院 一种能模拟新拌水泥砂浆性质的材料
CN109400056A (zh) * 2018-11-07 2019-03-01 四川大学 一种水泥胶结岩体相似材料回收及再利用方法
CN110482988A (zh) * 2019-09-18 2019-11-22 兰州交通大学 一种弱膨胀泥岩相似材料及其制备方法
CN110526623A (zh) * 2019-09-18 2019-12-03 兰州交通大学 模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料及其制备方法

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