一种制作片岩相似材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种制作片岩相似材料的方法。
【背景技术】
[0002]西南地区有大量的区域变质岩覆盖，其中以片岩居多，随着水电工程在西南地区的发展，越来越多的水电项目面临片岩的变形破坏问题，如片帮、倾塌、滑移等问题，这就要求对片岩的物理力学性质进行深入的研宄，由于片岩的成岩作用的原因，片岩的组成成分、试样选取和试验结果具有很大的离散性，这就对片岩的研宄产生了不利的影响。相似材料有制样方便、离散性小的优点，材料选取可控的优点，在试验研宄中得到广泛的应用，片岩具有片理构造，在宏观上有横观各向同性的力学特点，细观上区别于层状岩石，相似材料必须模拟出其细观结构特点，对片岩的研宄才具有参考价值。现有的相似材料制作方法主要通过以下几种方式:
[0003]中国专利公开号CN101913818A，公告日期2010年12月15日，发明名称“一种交互层状模型材料试件制备方法”，该申请案公开了一种交互层状模型材料试件制备方法，该方法利用一种多互层模型材料的薄层切割装置切割、吸附、平移、钻切等方法模型材料制作互层状模型材料试件。
[0004]Rock Mechanics and Mining Sciences (2006 年，第 43 期，1163-1181)提及了一种层状岩石相似材料，该相似材料使用硅酸盐水泥、高岭石制作，利用不同的配比模拟不同的岩层。
[0005]上述制作方法和材料选取主要存在以下缺点:
[0006](I)使用一种多互层模型材料的薄膜切割装置的最小切割厚度为5mm，该厚度远大于片岩片状矿物之间的间隔厚度，并且不能形成片状矿物的定向排列。
[0007](2)使用硅酸盐水泥、高岭石做相似材料，不能模拟片岩中片状矿物，并且岩层内部的组成矿物相同，不能模拟不同矿物组成的岩层的物理特征。
【发明内容】
[0008]本发明实施例的目的在于提供一种制作片岩相似材料的方法，旨在解决现有的片岩相似材料制作方法不能实现片状矿物的定向排列的问题。
[0009]本发明是这样实现的，一种制作片岩相似材料的方法包括:
[0010]步骤一、将作为集料的云母片和作为胶凝材料的硅酸盐水泥，按照配比混合，边搅拌边加水，得到流动状的混合材料；
[0011]步骤二、将搅拌均匀的混合材料填入下料器，填满下料器后水平推动调节装置将混合材料填入模具；
[0012]步骤三、完成一层下料后，上调下料器，重复步骤二，直至将混合材料填满模具，将填满混合材料的模具放在振动台上震动均匀，震动时间为5-10min ；
[0013]步骤四、混合材料初凝后12小时至18小时脱模，然后放在混凝土养护箱养护至少7天，养护完成后实施钻孔取样。
[0014]进一步，云母片的厚度小于其最大粒径的1/10，最大粒径根据试样尺寸确定，最大粒径小于试样最小直径或者边长的1/5。
[0015]进一步，步骤一所述的质量配比范围为:
[0016]娃酸盐水泥:云母片:水=10:2.5:4至10:4:4.5。
[0017]进一步，步骤三所述的下料器的每次上调高度小于云母片粒径的2/3。
[0018]进一步，下料器底部与底面的距离为云母片的粒径的1/3至1/2之间。
[0019]进一步，所述的制作片岩相似材料所使用的下料装置包括推动调节装置和安装在推动调节装置上的下料器，模具设置在下料器下方。
[0020]本发明的制作片岩相似材料的方法，采用硅酸盐水泥作为胶凝材料，云母片作为集料，相对于交错互层状相似材料更接近片岩的结构和构造特点，采用的下料装置可以均匀下料并且使云母片整体保持平行排列的特点，并且操作上简单易行，为利用相似材料研宄片岩的力学特征和变形破坏机制和规律提供了一种方便可行的方法，制作的相似材料相较于传统的交错互层状相似材料与片岩有更高的相似度。
【附图说明】
[0021]图1是本发明实施例提供的制作片岩相似材料的方法流程图；
[0022]图2是本发明实施例提供的制作片岩相似材料的原理图；
[0023]图3是本发明实施例提供的片岩相似材料试验数据图；
[0024]图中:1、下料器；2、调节装置；3、模具。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本本发明，并不用于限定本发明。
[0026]下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0027]如图1所示，本发明是这样实现的，一种制作片岩相似材料的方法包括:
[0028]S101、将作为集料的云母片和作为胶凝材料的硅酸盐水泥，按照配比混合，边搅拌边加水，得到流动状的混合材料；
[0029]S102、将搅拌均匀的混合材料填入下料器1，填满下料器I后水平推动调节装置2将混合材料填入模具3 ;
[0030]S103、完成一层下料后，上调下料器1，重复步骤S102，直至将混合材料填满模具3，将填满混合材料的模具3放在振动台上震动均匀，震动时间为5-10min ；
[0031]S104、混合材料初凝后12小时至18小时脱模，然后放在混凝土养护箱养护至少7天，养护完成后实施钻孔取样。
[0032]实施例一
[0033](一 )试验材料的选择
[0034]试验材料包括胶凝材料和集料，材料的选择主要取决于所模拟的片岩的力学参数，根据所需模拟试样的强度参数和弹性参数选择合适的硅酸盐水泥作为胶凝材料，本实施例选取标号32.5的娃酸盐水泥作为胶凝材料，厚度0.3mm-0.5mm、粒径8mm-12mm的云母片为集料配制片岩相似材料。
[0035]( 二)制备混合材料
[0036]由于下料采用的下料器I呈漏斗形，为了保证混合材料下料顺畅，并且装料的过程中对已有的相似材料造成过大的压力导致流动变形，制备混合材料的水灰比的范围为水泥:云母片:水=10:2.5:4到水泥:云母片:水=10:4:4.5之间。本实施例制样选取的质量配比为水泥:云母片:水=10:2.5:4.5，取水泥1kg,，云母片2.5kg，将水泥与云母片搅拌均匀，然后边搅拌边加入4.5kg的水，将混合材料搅拌均匀。
[0037](三)制备相似材料
[0038]下料器I底部与底面的距离为云母片的粒径的1/3至1/2之间，本实施例制样每次竖向调整的距离选取为5_，将混合材料装入下料器I内，应用调节装置2水平推动使下料器内的混合材料进入模具3内，模具3的尺寸为300X200X 150的长方体，完成一层下料后，上调下料器1，重复之前的步骤，直至将模具3填满。将模具3放在振动台将材料内的气泡震出。
[0039](四)试样加工
[0040]试样终凝后10小时将试样脱模，试样米取自然养护的方法养护28天后实施钻孔取样。
[0041](五)试验数据
[0042]试验数据如图3所示，制作的相似材料的试验数据规律与天然岩样的试验数据规律相同。
[0043]本发明的制作片岩相似材料的方法，采用硅酸盐水泥作为胶凝材料，云母片作为集料，相对于交错互层状相似材料更接近片岩的结构和构造特点，采用的下料装置可以均匀下料并且使云母片保持整体的平行排列的趋势，并且操作上简单易行，为利用相似材料研宄片岩的力学特征和变形破坏机制提供了一种方便可行的方法，制作的相似材料相较于传统的交错互层状相似材料与片岩有更高的相似度。
[0044]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种制作片岩相似材料的方法，其特征在于，所述的制作片岩相似材料的方法包括: 步骤一、将作为集料的云母片和作为胶凝材料的硅酸盐水泥，按照配比混合，边搅拌边加水，得到流动状的混合材料； 步骤二、将搅拌均匀的混合材料填入下料器，填满下料器后水平推动调节装置将混合材料填入模具； 步骤三、完成一层下料后，上调下料器，重复步骤二，直至将混合材料填满模具，将填满混合材料的模具放在振动台上震动均匀，震动时间为5-10min ； 步骤四、混合材料初凝后12小时至18小时脱模，然后放在混凝土养护箱养护至少7天，养护完成后实施钻孔取样。2.如权利要求1所述制作片岩相似材料的方法，其特征在于，云母片的厚度小于其最大粒径的1/10，最大粒径根据试样尺寸确定，最大粒径小于试样最小直径或者边长的1/5。3.如权利要求1所述制作片岩相似材料的方法，其特征在于，步骤一所述的质量配比范围为: 娃酸盐水泥:云母片:水=10:2.5:4至10:4:4.5。4.如权利要求1所述制作片岩相似材料的方法，其特征在于，步骤三所述的下料器的每次上调高度小于云母片粒径的2/3。5.如权利要求1所述制作片岩相似材料的方法，其特征在于，下料器底部与底面的距离为云母片的粒径的1/3至1/2之间。6.如权利要求1所述制作片岩相似材料的方法，其特征在于，所述的制作片岩相似材料所使用的下料装置包括推动调节装置和安装在推动调节装置上的下料器，模具设置在下料器下方。
【专利摘要】本发明公开了一种制作片岩相似材料的方法，该方法采用一定的配比将水、硅酸盐水泥和云母片混合，将搅拌完的混合材料通过下料装置下料到模具中，下料完成后通过振动台将材料震动均匀。本发明的制作片岩相似材料的方法，采用硅酸盐水泥作为胶凝材料，云母片作为集料，相对于交错互层状相似材料更接近片岩的结构和构造特点，采用的下料装置可以均匀下料并且使云母片整体保持平行排列的特点，并且操作上简单易行，为利用相似材料研究片岩的力学特征和变形破坏机制和规律提供了一种方便可行的方法，制作的相似材料相较于传统的交错互层状相似材料与片岩有更高的相似度。
【IPC分类】G01N1/28
【公开号】CN104949867
【申请号】CN201510251047
【发明人】张传庆, 梁恒, 周辉, 卢景景, 杨凡杰, 刘海涛
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月15日