本发明涉及一种试验用模型土及其制备方法，尤其是涉及一种模拟富水围岩条件下的试验用模型土及其制备方法。
背景技术：
在模型试验中，为研究结构与土体共同作用或施工对土体的扰动作用时，通常需要配制模型土。用单一的天然材料作为模型土材料相当有限，经常都无法满足相似条件，通常的做法是用若干材料按照一定的比例配制而成，显然相似材料一般是多种材料的混合物，而混合物的成分和配比要经过大量的配比试验才能满足。
在目前相似材料的研究中，已有较多种模型土的研发，但是由于自身的限制，其防水性较差，遇水后模型土性质容易发生较大变化，对于静水或动水条件下的试验造成了极大地误差。
中国专利CN166997A公开了一种模拟上海地区软土地基的模型土，其采用的原料包括粉煤灰、红粉砂、粘土、高岭土、重晶石粉、机油和水，该模型土可以较好地模拟土体的密度及强度，但是遇水强度大大损失，不适用于富水条件下的情况。中国专利CN103708810A公开了一种模拟上海地区⑤层软土的试验用模型土，其组成原料按质量份数计如下：重晶石粉40份，粘土10～20份，双飞粉10～25份，膨润土30～45份，洗衣粉30～45份，水35～49份，其中，粘土为取自上海地区的⑤层软土，同样遇水强度大大损失，不适用于富水条件下的情况。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不仅静力学性质可以与Ⅳ、Ⅴ级围岩的对应值满足相似关系，而且在水的作用下，材料性质相对稳定，有一定的强度，渗透性较小的模拟富水围岩条件下的试验用模型土及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种模拟富水围岩条件下的试验用模型土，包括以下质量百分比含量的组分：
优选地，所述的骨料由重晶石粉和石英砂组成，所述的石英砂的质量占该试验用模型土总质量的17～76％。
进一步优选地，所述的重晶石粉的细度为300～800目。
更进一步优选地，所述的重晶石粉的细度为300～400目。
优选地，所述的石英砂的粒径小于2mm。
进一步优选地，粒径在0.25～1.0mm范围内的石英砂占石英砂总量的80～90wt％。
优选地，所述的胶结剂为凡士林。
进一步优选地，所述的凡士林为无毒医用级白色凡士林。
优选地，所述的调节剂为液状石腊。
的一种模拟富水围岩条件下的试验用模型土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各组分；
(2)将水加入混合均匀的骨料中，并拌合均匀；
(3)加入调节剂，并搅拌均匀；
(4)将熔融的凡士林加入，并混合均匀，制得所述的试验用模型土。
其中，将凡士林加热到45～50℃将其熔融，并迅速加入。
本发明的试验用模型土的密度、弹性模量、泊松比、内摩擦角等与IV、V及VI级围岩的对应值满足相似关系，具有低强度、低变形模量的特征，并且材料制备灵活，稳定性高，成本低。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的试验用模型土以凡士林作为胶结剂，石蜡作为调节剂，石英砂和重晶石粉为骨料，通过不同的配比可以使土样性质满足试验相似性要求。密度范围在2.09～2.381g/cm3之间，粘聚力范围在2.25～27.51kPa之间，内摩擦角范围在21.5～33.2°之间。本发明配制的土样的静力学性质与IV、V及VI级围岩的对应值满足相似关系。
(2)在水的作用下，材料性质稳定，有一定的强度，渗透性较小。
(3)在室温下便于大规模配制和填筑，制备灵活，成本低。
附图说明
图1为实施例1中的石英砂的颗粒级配曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种模拟富水围岩条件下的试验用模型土，包括以下质量百分比含量的组分：
作为优选方案，选择重晶石粉和石英砂作为骨料，凡士林作为胶结剂，液状石腊作为调节剂，并根据不同的配比配置了1～15共十五组试验用模型土。
作为优选方案，石英砂的质量占该试验用模型土总质量的17～76％。
作为优选方案，重晶石粉的细度为300～800目，石英砂的粒径小于2mm。
作为进一步优选的方案，重晶石的细度为300～400目，石英砂中粒径在0.25～1.0mm范围内的石英砂占石英砂总量的80～90wt％。
本实施例采用的石英砂的颗粒级配曲线如图1所示，重晶石粉的细度为325目，凡士林为无毒医用级白色凡士林。
配置方法如下：
首先，严格按照比例称取骨料和胶结剂，然后将石英砂和重晶石粉两种材料混合并搅拌均匀；接着在混合均匀的骨料中加入水，并拌合均匀；加入调节剂石蜡并充分搅拌；然后将凡士林加热至45～50℃，使其熔融，迅速与上述材料均匀混合。
然后对该材料进行力学实验，分别为试验密度及剪切测试，单轴抗压强度测试，渗透系数测试，材料强度折减测试。
通过密度测试及剪切试验，可以得出不同配比下该试验用模型土的密度、粘聚力与内摩擦角，如表1所示。
表1不同配比试验用模型土的密度、粘聚力与内摩擦角
通过单轴抗压强度测试，可以得出不同配比下该试验用模型土的无侧限抗压强度与无修正粘聚力值，如表2所示。
表2部分配比试验用模型土无侧限抗压强度与无修正粘聚力值
通过渗透系数测试，可以得到不同配比下该试验用模型土的渗透参数，如表3所示。
表3部分配比下试验用模型土渗透试验数据
通过材料强度折减测试，可以得出用试验用模型土制得的正常试件及饱水试件在单轴压缩试验下的抗压强度，如表4所示，饱水试件可以通过真空饱和法加工得到。
表4正常试件及饱水试件在单轴压缩试验下的抗压强度比照表
模型土的制作过程中需对凡士林进行低温加热，应保持配制环境开阔通风，需保证各种材料配比的精确，并与熔融状态的凡士林迅速混合并搅拌均匀。试件配制完成后，由于有凡士林作为保水剂，同时材料中已加入拌合水，对养护条件要求较低。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。