专利名称：一种弹塑性相似材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种相似材料及其制备方法，尤其是一种适用于模拟弹塑性材料的试 验材料。
背景技术：
相似模拟试验是按一定的几何、物理关系，用模型代替原型进行测试研究，并将研 究结果用于原型的试验方法。它是一种重要的科学研究手段，是在实验室内按相似原理制 作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力参数及其分布规律，利用在模型上研究 的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工 程生产中的实际问题。这种研究方法具有直观、简便、经济、快速以及试验周期短等优点。而 且能够根据需要，通过固定某些参数，改变另一些参数来研究实际工程中的应力随时间的 变化规律，这些都是在现场条件下难以实现的。在岩土工程科学研究中，经常涉及到弹塑性材料的相关理论研究，而具有理想的 弹塑性应力-应变曲线关系、或是具有应力强化的应力-应变曲线关系的弹塑性材料都是 进行理论研究的重要试验材料，因此，研制出这种材料是必要的。而目前还未见到研制出具 有理想弹塑性应力_应变曲线的相似试验材料的报道。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种能够满足相似试验及岩土工程理论研究的弹 塑性相似材料及其制备方法。技术方案本发明的弹塑性相似材料，采用石蜡、凡士林和粉末橡胶为原料，经混 合均勻制备而成，其质量配比如下石蜡100 份；凡士林50 120 份；粉末橡胶20 100份。本发明弹塑性相似材料的制备方法如下(1)按质量配比称取石蜡、凡士林和粉末橡胶；(2)先将凡士林和石蜡放入容器内，再放入烘箱加温融化；(3)待凡士林和石蜡全部融化为液体后，取出容器对溶液进行搅拌1 2min，然后 缓慢加入粉末橡胶，继续搅拌至均勻；(4)将搅拌均勻的液态混合料注入模具，常温下冷却约24h固化即得到弹塑性相 似材料。所述的加温融化温度为80 140摄氏度。有益效果本发明采用石蜡和凡士林作为胶结材料，粉末橡胶为填料，通过不同的 质量配比，就可以获得具有理想弹塑性应力_应变特性及应力强化的应力_应变特性的岩 土相似材料；该材料强度较低，便于模型试验中的加载，小型加载设备便可；该材料可以实
3现重复利用，力学性能稳定，大大缩减了试验成本。其原材料来源广，非常易于加工、不需养 护，力学性能在室温下较稳定，可用于模拟岩土弹塑性材料，有利于解决岩体工程生产中的 实际问题。由于材料中采用的石蜡在常温下为固体，凡士林为较粘的半固态，两者通过加 温，当温度高于约70度时便可变为液态，此时便可在其中加入配料混合成新的材料，再去 除高温条件，室温下便可冷却成型。其制备方法简单、价格低廉、实用性强。
图1是本发明的弹塑性相似材料实例一的应力_应变曲线；图2是本发明的弹塑性相似材料实例二的应力_应变曲线；图3是本发明的弹塑性相似材料实例三的应力_应变曲线；图4是本发明的弹塑性相似材料实例四的应力-应变曲线。
具体实施例方式实施例一、按质量配比称量石蜡100 份；凡士林80 份；粉末橡胶 60份。先将按质量配比称取的100份石蜡和80份的凡士林放入不锈钢杯子中，再将不锈 钢杯子放入烘箱中加热，将烘箱温度调节为80摄氏度，加温约8小时后，凡士林和石蜡完全 融化为混合液体，此时将不锈钢杯子取出，使用搅拌机进行搅拌，先搅拌石蜡和凡士林混合 液1 2min，再边搅拌边缓慢加入60份的粉末橡胶，粉末橡胶加入完毕后再继续搅拌约5 分钟至均勻，停止搅拌，将不锈钢杯子中的混合料注入模具，室温冷却24小时左右，拆模即 可。为了试验测试方便，本实施例中使用的模具是圆柱形模具，制得的样品可直接进 行单轴无侧限压缩测试，从而获得该实施例质量配比下所制材料的应力-应变曲线，如图1 所示。实施例二、按质量配比称量石蜡100 份；凡士林50 份；粉末橡胶 100份。先将按质量配比称取的100份石蜡和50份的凡士林放入不锈钢杯子中，再将不锈 钢杯子放入烘箱中加热，将烘箱温度调节为120摄氏度，加温约5小时后，凡士林和石蜡完 全融化为混合液体，此时将不锈钢杯子取出，使用搅拌机进行搅拌，先搅拌石蜡和凡士林混 合液1 2min，再边搅拌边缓慢加入100份的粉末橡胶，粉末橡胶加入完毕后再继续搅拌约 10分钟至均勻，停止搅拌，将不锈钢杯子中的混合料注入模具，室温冷却24小时左右，拆模 即可。本实施例中同样使用圆柱形模具，制得的样品可直接进行单轴无侧限压缩测试， 从而获得该实施例质量配比下所制材料的应力_应变曲线，如图2所示。实施例三、按质量配比称量
石蜡100 份；凡士林110 份；粉末橡胶 50份。先将按质量配比称取的100份石蜡和110份的凡士林放入不锈钢杯子中，再将不 锈钢杯子放入烘箱中加热，将烘箱温度调节为140摄氏度，加温约3小时后，凡士林和石蜡 完全融化为混合液体，此时将不锈钢杯子取出，使用搅拌机进行搅拌，先搅拌石蜡和凡士林 混合液1 2min，再边搅拌边缓慢加入50份的粉末橡胶，粉末橡胶加入完毕后再继续搅拌 约10分钟至均勻，停止搅拌，将不锈钢杯子中的混合料注入模具，室温冷却24小时左右，拆 模即可。本实施例中同样使用圆柱形模具，制得的样品可直接进行单轴无侧限压缩测试， 从而获得该实施例质量配比下所制材料的应力_应变曲线，如图3所示。实施例四、按质量配比称量石蜡100 份；凡士林50 份；粉末橡胶 20份。先将按质量配比称取的100份石蜡和50份的凡士林放入不锈钢杯子中，再将不锈 钢杯子放入烘箱中加热，将烘箱温度调节为120摄氏度，加温约3小时后，凡士林和石蜡完 全融化为混合液体，此时将不锈钢杯子取出，使用搅拌机进行搅拌，先搅拌石蜡和凡士林混 合液1 2min，再边搅拌边缓慢加入20份的粉末橡胶，粉末橡胶加入完毕后再继续搅拌约 5分钟至均勻，停止搅拌，将不锈钢杯子中的混合料注入模具，室温冷却24小时左右，拆模 即可。本实施例中同样使用圆柱形模具，制得的样品可直接进行单轴无侧限压缩测试， 从而获得该实施例质量配比下所制材料的应力_应变曲线，如图4所示。
权利要求
一种弹塑性相似材料，其特征在于采用石蜡、凡士林和粉末橡胶为原料，经混合均匀制备而成，其质量配比如下石蜡100份；凡士林 50～120份；粉末橡胶20～100份。
2.根据权利要求1所述的弹塑性相似材料的制备方法，其特征在于由以下步骤组成(1)按质量配比称取石蜡、凡士林和粉末橡胶；(2)先将凡士林和石蜡放入容器内，再放入烘箱加温融化；(3)待凡士林和石蜡全部融化为液体后，取出容器对溶液进行搅拌1 2min，然后缓慢 加入粉末橡胶，继续搅拌至均勻；(4)将搅拌均勻的液态混合料注入模具，常温下冷却约24h固化即得到弹塑性相似材料。
3.根据权利要求2所述的弹塑性相似材料的制备方法，其特征在于所述的加温融化 温度为80 140摄氏度。
全文摘要
本发明涉及一种弹塑性相似材料及其制备方法，采用石蜡、凡士林和粉末橡胶为原料，通过不同的质量配比，获得具有理想弹塑性应力-应变特性及应力强化的应力-应变特性的岩土相似材料；该材料强度较低，便于模型试验中的加载，小型加载设备便可；该材料可以实现重复利用，力学性能稳定，大大缩减了试验成本。其原材料来源广，非常易于加工、不需养护，力学性能在室温下较稳定，可用于模拟岩土弹塑性材料，有利于解决岩体工程生产中的实际问题。其制备方法简单、价格低廉、实用性强。
文档编号C08L91/06GK101942205SQ20101025571
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者刘卓典, 周国庆, 廖波, 赵光思, 陈国舟 申请人:中国矿业大学