本发明属于岩土工程领域，涉及一种实验室内人工制取的孔隙岩石相似岩石，尤其是一种试验用孔隙岩体相似岩石及其制作方法。
背景技术：
：在强劲的资源开发、交通建设、国防建设等需求的驱动下，我国矿山井巷工程、水工隧洞、铁路隧道、公路隧道以及地下军事工程等地下工程均呈现出向更深地下发展的趋势。随着地下工程埋深的增大，一些在浅部不显著的因素逐渐凸显，其中，高压地下水就是地下工程建设与运营中遇到的重大挑战之一。以前，人们认为稳定岩层中地下工程的建设和维护是相对容易的，但现在发现，当稳定岩层富含水时，特别是富含孔隙水时，由于现有注浆技术难以封堵孔隙水，受高压地下水的影响，地下工程的建设和维护却举步维艰。因此，为更好地对孔隙含水稳定岩层中地下工程水害的防治提供基础数据，需要开展孔隙岩体的力学实验研究，以有效地揭示孔隙岩石的力学变化特性和破坏规律。孔隙岩体获取的成本高，难度大，而实验室内人工制取的孔隙岩石相似岩石试样具有很多的优点，如参数可以控制，成本低等，因此目前孔隙岩体的力学特性试验主要是通过实验室内人工合成的孔隙岩石试样。但目前采用相似材料来模拟岩体以及进行相似模拟试验时，多采用水泥、石膏等材料进行配制，导致所制备的相似岩样强度小，与工程实际不符，另外也有相似比大，相似材料弹性模量较小等问题，与原岩相似程度高的相似材料和模型试验研究较少。技术实现要素：为了克服现有通过实验室内人工合成的相似岩样强度小，与工程实际不符，相似比大，相似材料弹性模量较小的不足，本发明提供一种试验用孔隙岩体相似岩石及其制作方法，可以通过改变试验所需材料之间的配比、拌和比重，调节所配孔隙岩体的强度、弹性模量、孔隙率、渗透系数等参数，使得配制出的相似岩体能够满足各种实际工程的情况，所配制的相似岩石与实际岩体相似程度高和抗压强度高，能够解决利用模型试验揭示地下结构与富水岩体固-液耦合失效破坏模式的问题，操作方法简单、高效、快捷，无复杂的后处理过程且安全无毒，应用范围广泛。本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种试验用孔隙岩体相似岩石，由以下成分组成：1200～2400kg/m3石英砂，260～390kg/m3水泥，102～178kg/m3水，以及8kg/m3～32kg/m3透水混凝土增强剂。一种试验用孔隙岩体相似岩石的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取原材料；将石英砂、水泥和透水混凝土增强剂混合均匀；逐渐加入水并搅拌均匀；拌和物装入模具压实后成型；拆模养护。相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：1)通过改变试验所需材料之间的配比，调节所配孔隙岩体的强度、弹性模量、孔隙率、渗透系数等参数，使得配制出的相似岩体能够满足各种实际工程的情况；2)本发明所配制孔隙岩体与实际岩体在强度、弹性模量、泊松比、孔隙率、渗透系数5个指标上相似程度很高，能够解决利用模型试验揭示地下结构与富水岩体固-液耦合失效破坏模式的问题；3)本实验所配制的孔隙岩体抗压强度高，范围为10mpa～50mpa；4)操作方法简单、高效、快捷、无复杂的后处理过程且安全无毒；5)该发明方法可广泛应用于水电、交通、能源、矿山等领域的孔隙含水岩体力学性能研究，应用范围广泛。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明的一种试验用孔隙岩体相似岩石，由以下成分组成：1200～2400kg/m3石英砂，260～390kg/m3水泥，102～178kg/m3水，以及8kg/m3～32kg/m3透水混凝土增强剂。其中，所述的石英砂的颗粒粒径为0.1mm～2mm。所述的水泥为普通硅酸盐水泥，标号可以是p.o.32.5，也可以是p.o.42.5、p.o.52.5或p.o.62.5。所述的水为洁净的水。本发明一种试验用孔隙岩体相似岩石的制备方法，包括如下步骤：按照配方称取原材料；将石英砂、水泥和透水混凝土增强剂混合均匀；逐渐加入水并搅拌均匀；拌和物装入模具压实成型；拆模养护。在本发明方法中，原材料均按重量计量，计量的允许偏差为：水泥±1％，石英砂±1％，水和透水混凝土增强剂±1％。所述拌和物的制取过程为：先将配方含量的石英砂、水泥和透水混凝土增强剂倒入搅拌锅内混合均匀，然后逐渐加入水并搅拌至均匀状态。或者，按照配方，将石英砂、水泥和透水混凝土增强剂混合后在混凝土或砂浆搅拌机中搅拌，逐渐加入水到搅拌机中并搅拌均匀。所述拌合物压实其方法为：将拌合物装入模具后，置于压力机上以0～30mpa的恒定的压力压至密实状态后抹平表面或者分层装入模具，每层装入量大致相同，待每层拌合物装入模具后，采用击实器按照每次击实程度一致的方法击实，并最终抹平表面。所述的拌合物压制后其成型方法为：常温养护24h成型或高压压制成型或高温高压压制成型。试样拆模后的养护方法为：恒温恒湿标准养护、高温养护。成型所用模具可以是尺寸为φ50mm*100mm的圆柱体的模具，也可以是其余任何形状的模具，根据需求其尺寸可以变化。所述的模拟岩体亦可以不拆除模具，待模拟岩体在试验台内部浇筑成型并养护完成后，即可在试验台内进行后续试验。所述打磨成型是将制得的相似岩石放置在磨床上打磨，保证上下端面打磨平整且上下端面平行。本发明材料本身的各项物理力学指标覆盖面广，可以使用相同的原材料，通过改变各组成部分的配比来适应不同种类岩体的相似模拟要求，能够大大简化地质力学模型试验研究工作的难度；采用本发明配方与制作方法，能够实现相似岩体与原岩应力-应变全程相似和水理性相似，能够解决利用模型试验揭示地下结构与富水岩体固-液耦合失效破坏模式的问题；同时，本发明操作方法简单、高效、快捷、无复杂的后处理过程且安全无毒，应用范围广泛。以下给出四个实施例：实施例1，其所用的原材料为：粒径1.0～1.4mm的石英砂；洁净的水；p.o.42.5普通硅酸盐水泥；透水混凝土增强剂。称取1200kg/m3石英砂、260kg/m3水泥、112kg/m3水与20kg/m3透水混凝土增强剂，将石英砂、水泥和透水混凝土增强剂于混凝土搅拌机中混合均匀后，逐渐加入水并搅拌均匀，将拌合物分层装入模具，每层装入量大致相同，待每层拌合物装入模具后，采用击实器按照每次击实程度一致的方法击实，并抹平表面，然后使用高压压制拌合物，使其在模具内密实成型，拆模后待恒温恒湿标准养护、打磨完成后即得孔隙岩体相似岩石试样，所得试样各项物理性能见表1。表1实施例1孔隙岩体相似岩样物理性能表性能本发明孔隙岩体相似岩样饱和重度(kn/m3)21.57孔隙率(％)22.3抗压强度(mpa)25.98弹性模量(gpa)5.16泊松比0.13渗透系数(10-5cm/s)1.70实施例2，其所用的原材料为：0.1mm≤粒径＜2mm的石英砂；洁净的水；p.o.52.5普通硅酸盐水泥；透水混凝土增强剂。称取1520kg/m3石英砂、310kg/m3水泥、132kg/m3水与20kg/m3透水混凝土增强剂，将石英砂、水泥和透水混凝土增强剂倒入搅拌锅内混合均匀，然后逐渐加入水并搅拌至均匀状态，然后将拌合物装入模具并置于压力机上以5mpa恒定的压力压至密实状态并成型后抹平表面，拆模后待高温养护完成，将制得的相似岩石放置在磨床上打磨，保证上下端面打磨平整且上下端面平行，即得孔隙岩体相似岩石试样，所得试样各项物理性能见表2。性能本发明孔隙岩体相似岩样饱和重度(kn/m3)21.08孔隙率(％)24.9抗压强度(mpa)32.4弹性模量(gpa)4.02泊松比0.20渗透系数(10-5cm/s)0.34实施例3，其所用的原材料为：0.6mm≤粒径＜2mm的石英砂；洁净的水；p.o.32.5普通硅酸盐水泥；透水混凝土增强剂。称取2100kg/m3石英砂、260kg/m3水泥、102kg/m3水与8kg/m3透水混凝土增强剂，将石英砂、水泥和透水混凝土增强剂于混凝土搅拌机中混合均匀后，逐渐加入水直至搅拌均匀，将拌合物分层装入模具，每层装入量大致相同，待每层拌合物装入模具后，采用击实器按照每次击实程度一致的方法击实，并抹平表面，然后使用高温高压压制拌合物，使其在模具内密实成型，拆模后待高温养护、打磨完成后即得孔隙岩体相似岩石试样，所得试样各项物理性能见表3。实施例4，其所用的原材料为：1.4mm≤粒径＜2mm的石英砂；洁净的水；p.o.62.5普通硅酸盐水泥；透水混凝土增强剂。称取2400kg/m3石英砂、390kg/m3水泥、178kg/m3水与32kg/m3透水混凝土增强剂，将石英砂、水泥和透水混凝土增强剂倒入搅拌锅内混合均匀，然后逐渐加入水并搅拌至均匀状态，将拌合物装入模具后，置于压力机上以30mpa的恒定的压力压至密实状态后抹平表面，常温养护24h成型，拆模后待恒温恒湿标准养护，将制得的相似岩石放置在磨床上打磨，保证上下端面打磨平整且上下端面平行，即得孔隙岩体相似岩石试样，所得试样各项物理性能见表4。性能本发明孔隙岩体相似岩样饱和重度(kn/m3)20.67孔隙率(％)25.3抗压强度(mpa)23.43弹性模量(gpa)2.43泊松比0.19渗透系数(10-5cm/s)1.06以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。当前第1页12