一种用于断层突泥模型试验的相似材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种用于断层突泥模型试验的相似材料 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前常见的地质力学模型试验很少有对断层突泥进行相似模拟的，其主要原因在 于断层介质相似材料需在水力作用下发生渗透性逐渐提高并发生缓慢崩解，很难同时满足 力学参数及水理性参数的相似，所以过去的研宄中往往很少涉及断层突泥的相似模拟，故 无法反映断层介质在承压水作用下的灾变发展过程。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于断层突泥模型试验的相 似材料及其制备方法，该种材料采用遇水缓慢崩解的胶结材料，以非亲水性材料作为调节 剂，并同时满足固体变形和渗透性相似两个条件，具有一定的耐水性及遇水崩解特性，且材 料性能不受时间及温度的影响。
[0004] 为了解决以上技术问题，本发明采取的技术方案为：
[0005] 一种用于断层突泥模型试验的相似材料，所述相似材料的重量比组成为：滑石粉 1份，砂2~7份，石膏0. 8~1. 6份，膨润土 0. 2~0. 6份，液态石赌0. 01~0. 4份，拌合 水0. 2~0. 7份。
[0006] 优选的，所述相似材料的重量比组成为：滑石粉1份，砂4. 5份，石膏1. 27份，膨润 土 0. 45份，液态石蜡0. 18份，拌合水0. 59份。
[0007] 优选的，所述滑石粉的细度为1250目。
[0008] 优选的，所述的砂的粒径小于2mm。
[0009] 优选的，所述石膏的细度600目。
[0010] 优选的，所述的膨润土的细度为200目。
[0011] 优选的，所述液态石蜡的相对密度为〇. 845g/cm3。
[0012] 一种用于断层突泥模型试验的相似材料的制备方法，步骤如下：
[0013] 1)按比例称取滑石粉、砂、石膏、膨润土和液态石蜡；
[0014] 2)将滑石粉、砂、石膏和膨润土在搅拌机中混合均匀；
[0015] 3)加入拌合水，充分搅拌；
[0016] 4)加入液态石蜡，搅拌；
[0017] 5)将混合好的材料放入成型模具中，夯实成型；
[0018] 6)将成型后的材料置于通风干燥处24-36小时，即可得用于断层突泥模型试验的 相似材料。
[0019] 本发明所述的一种用于断层突泥模型试验的相似材料，采用耐水性较差的石膏作 为胶结剂，可实现断层相似材料遇水弱化崩解的性质，结合另一种胶结剂膨润土，可使材料 的强度和弹性模量可以在较大的范围内调节；采用液态石蜡作为调节剂，可以在基本不影 响材料的力学指标的情况下，调节材料的渗透性等水理性指标，并限制材料的遇水崩解性， 保证材料的物理力学性质和水理性都满足试验要求。其中，所述拌合水为普通的拌合用水。
[0020] 本发明所述的一种用于断层突泥模型试验的相似材料，可以用于模拟不同力学性 能及水理性能的断层介质材料，解决了难以模拟遇水弱化崩解性断层相似材料的难题。本 发明的模拟范围比较大，可覆盖不同崩解时间的低、中强度断层介质相似材料，将该断层突 泥模型试验相似材料应用于试验中，与前人研宄相比，真实模拟了隧道断层破碎带突泥全 过程，所得出的地质力学相似模型试验研宄成果更加准确。
[0021] 本发明选用滑石粉、砂、石膏、膨润土、液态石蜡作为组成成分，其中，石膏作为弱 耐水性胶结剂，保证材料在水的作用下能够发生弱化崩解，同时，石膏对于材料的渗透性影 响较为明显，是材料的强度、渗透系数及弱化崩解时间可以在较大的范围内调节；膨润土作 为塑性胶结剂，主要调节相似材料的强度及弹性模量，随着含量的增加，材料的塑性逐渐增 加，强度逐渐降低；液态石蜡作为调节剂，保证了材料的非亲水性，削弱了材料的遇水弱化 特性，且液态石蜡可以实现在基本不改变材料力学特性的基础上，对材料的水理性指标进 行调节，提高了材料水理性的相似模拟度。另外，调整滑石粉与砂的比重，可以调节材料的 重度、粘聚力及内摩擦角。
[0022] 本发明提出的模拟断层突水的模型试验相似材料的技术方案，具有以下优点：
[0023] 1、能实现相似材料在水的作用下发生缓慢弱化崩解，并能通过改变组分改变崩解 性能，为真实模拟隧道开挖过程中断层突泥提供了可能；
[0024] 2、能够在较大的范围内调节材料的强度、渗透性及崩解性，可模拟不同强度等级、 不同崩解特性的各类介质材料，提高了材料的相似模拟度；
[0025] 3、能通过调节材料配比，在不影响材料整体性质的前提下，改变材料的水理性及 力学特性的某个指标，为模拟不同类别的介质材料提供了可能。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的相似材料在单轴抗压条件下的应力应变曲线图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0028] 本发明的实施例所用的滑石粉细度为1250目，所述的砂的粒径小于2mm，且集配 均匀，石膏细度600目，膨润土细度为200目，液态石蜡密度为0.845g/cm 3。
[0029] 实施例1制备用于断层突泥模型试验的相似材料
[0030] 原料组成为：滑石粉1份，砂4. 5份，石膏1. 28份，膨润土 0. 45份，液态石蜡0. 18 份，拌合水0.59份。
[0031] 制备方法，包括以下步骤：
[0032] 1)严格按比例称取滑石粉、砂、石膏、膨润土和液态石蜡；
[0033] 2)将滑石粉、砂、石膏和膨润土四种骨料材料混合并在搅拌机中混合均匀；
[0034] 3)加入拌合水，充分搅拌；
[0035] 4)加入调节剂石蜡油，搅拌；
[0036] 5)将混合好的材料放入成型模具，夯实成型；
[0037] 6)将成型后的材料置于通风干燥处25小时，即可得用于断层突泥模型试验的相 似材料。
[0038] 该配比的相关参数：密度I. 98g/cm3,抗压强度0. 41MPa，弹性模量46MPa，渗透系 数6. 26X l(T6cm/s，完全崩解时间为45s。
[0039] 实施例2制备用于断层突泥模型试验的相似材料
[0040] 原料组成为：滑石粉1份，砂2. 5份，石膏1. 4份，膨润土 0. 35份，液态石蜡0. 02 份，拌合水0.59份。
[0041] 制备方法，包括以下步骤：
[0042] 1)严格按比例称取滑石粉、砂、石膏、膨润土和液态石蜡；
[0043] 2)将滑石粉、砂、石膏和膨润土四种骨料材料混合并在搅拌机中混合均匀；
[0044] 3)加入拌合水，充分搅拌；
[0045] 4)加入调节剂石蜡油，搅拌；
[0046] 5)将混合好的材料放入成型模具，夯实成型；
[0047] 6)将成型后的材料置于通风干燥处30小时，即可得用于断层突泥模型试验的相 似材料。
[0048] 该配比的相关参数：密度I. 85g/cm3,抗压强度0. 35MPa，弹性模量56MPa，渗透系 数I.