泥岩相似材料力学性能影响因素试验研究

为了指导模型试验填料并提高试验精度,选取泥岩相似材料制作试件进行试验,研究模型试验填料过程的3个影响因素对泥岩相似材料力学性能的影响。分析结果表明:分层层数由1层增加至5层,相似材料的单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度分别降低了23.80%、32.20%、20.83%;压实次数由1次增加至5次,相似材料的单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度分别提高了15.00%、28.61%、6.76%;相比于进行粗糙处理的界面处理方式,在此基础上喷洒石膏水处理时单轴抗压强度提高了14.25%,弹性模量提高了22.63%,抗拉强度提高了7.99%。建立了相似材料力学性质与填料过程影响因素之间的多元线性回归方程,结合试验结果和方程可以指导模型试验填料,防止相似材料力学性能下降,提高试验精度。     

铁晶砂混合相似材料力学性能影响因素的试验研究

选取模型试验中常用的铁晶砂混合相似材料制作试件,将相似材料试件置于不同压实次数、分层次数、界面处理方式条件下进行单轴压缩试验,得到单轴抗压强度和弹性模量,分析不同因素对相似材料力学性能的影响规律。结果表明:压实次数由1次增加至2次、4次、6次,材料的单轴抗压强度分别提高了4.7%,12.1%,13.9%,材料的弹性模量分别提高了37.1%,60.1%,65.3%;分层次数由1次增加至2次、3次、4次,材料的单轴抗压强度分别减少了15.8%,19.2%,25.7%,材料的弹性模量分别减少了17.3%,27.6%,37.5%;相比于使用松香酒精溶液处理分层界面,使用酒精处理和无处理时材料的单轴抗压强度分别减少了8.5%和26.8%,弹性模量分别减少了1.9%和6.1%。这些研究成果对提高模型试验精度具有一定意义。     

石灰岩相似材料力学性能试验研究

石灰岩分布广泛,是工程施工常见的岩石种类.针对石灰石相似模型试验的需要,采用水泥石膏材料,对石灰石相似材料开展了试验研究.相似材料试验的条件设置包括３种水泥石膏比、３种砂胶比以及３种水固比,总共有２７种配比.对不同配比的相似材料试件开展了单轴抗压试验、巴西劈裂法试验、直剪试验、霍普金斯杆试验,测得了不同配比相似材料的抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比及动态抗压强度等力学参数.基于试验数据,分析了水固比、砂胶比、水泥石膏比对水泥石膏相似材料的力学强度变化规律.结合实测的石灰岩力学参数,分析了石灰岩相似模型试验的材料适用配比.     

基于正交试验的砂岩相似材料力学性能研究

砂岩相似模拟试验在矿业、土木等领域中应用广泛,为确定砂岩相似材料的配比方案,应用正交设计方法,以河砂/重晶石粉、石膏/水泥、胶结材料/骨料的质量比设置3因子3水平正交试验,对不同配比的试样开展单轴抗压试验、环剪试验,测得每组配比的抗压强度、黏聚力、内摩擦角,研究各参数与正交设计3因子之间的变化规律。基于测试数据,得出以下结论：(1)砂岩相似材料的应力-应变曲线与一般岩石的规律基本相同;(2)对单轴抗压强度起主导作用的是胶结材料与骨料比,试样破坏形态以拉伸-剪切复合失效为主;(3)对黏聚力和内摩擦角起主导作用的是胶结材料与骨料比,环剪试样破坏后发生脆性断裂,且伴有碎石脱落。研究提供了9种相似材料设计配比,可根据需要选择合适的相似材料。     

岩质边坡不良地质体模型试验中泥岩相似材料试验研究

针对岩质边坡不良地质体渐进破坏,开展模型试验中泥岩相似材料的试验,参考学者们已有的研究经验,选用两种配合比进行试配。第一组：铁精粉、重晶石粉、石英砂、橡胶粉及松香酒精;第二组：铁精粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉和水。通过测试密度、抗压强度及变形模量发现第一组相似材料各指标与目标值均相差甚远,而第二组相似材料,需至少养护7 d,除密度外其余指标均在目标值范围。参照第二组配比,通过二次试验,重点调整铁精粉、重晶石粉掺量,两种材料质量占比约为65%～72%。另外加入适量甘油,得到了满足泥岩相似材料各项指标的配合比,试验结果能为制备泥岩相似材料时提供一定的借鉴。     

水分对突出煤相似材料力学特性及瓦斯解吸性能的影响

为探索水分对突出煤相似材料力学特性及瓦斯解吸性能的影响,选用粒径小于0.18 mm和0.18~0.25 mm、二者质量比为1∶1的煤粉作为骨料,水泥为黏结剂,水为溶解剂,在不同条件(成型压力、含水率)下压制突出煤相似材料。利用岩石三轴试验机、瓦斯放散初速度测定仪测定突出煤相似材料的单轴抗压强度及瓦斯放散初速度,获得了不同条件下突出煤相似材料单轴抗压强度和瓦斯放散初速度的变化规律。实验结果表明：当含水率为12%~20%时,配制出的突出煤相似材料单轴抗压强度随含水率的增大呈现先增大后减小的趋势;当含水率达到16%时,其单轴抗压强度达到最大值 8.99 MPa;当含水率为20%时,成型压力越大,突出煤相似材料成型后密实度越大、脱模后的试件含水率越低,单轴抗压强度越大;突出煤相似材料的瓦斯放散初速度随含水率的增大而减小。     

相似材料模型及压力传感器性能试验研究

 为了研究不同配比的相似材料模型的力学性质,解决压力传感器与被测相似材料间的匹配问题,本文依据相似理论,采用分级加载方式对不同配比的相似材料模型进行了重复加载试验,得到了各模型的应力—压力曲线和破坏强度。试验结果表明不同配比的相似材料与传感器间的匹配性存在显著差异,且相同配比的不同模型与传感器间的匹配性也存在一定差异,需要对压力传感器与相似材料间的匹配性进行检测以修正试验数据。试验结果还表明不同配比的相似材料具有稳定而不同的力学性质,通过改变材料配比,可以对相似材料的力学性质进行适当的调整,在进行相似材料模拟试验前,需要对不同配比的相似材料的力学性质进行测试。     

相似材料模拟试验微机检测系统的研究

本文通过对国内外相似材料模拟试验检测方法的分析和探讨 ,优化设计出一检测系统。该系统的主要内容有 :以IBM5 86微机为核心 ,以WANG -PC为辅助机 ,主机完成自动检测、存储、记录、打印、将指定的数据文件传输给辅助机等作用。辅助机按主机命令完成指定的操作 ,即图形显示、曲线显示、报表显示等     

软弱围岩相似材料力学特性实验研究

为了研究软弱围岩力学特性,在相似三定律基础上选择以河砂、重晶石粉、橡胶粉为骨料,石膏、石蜡油为胶结剂配制相似材料,对相似材料进行单轴抗压、抗拉以及抗剪试验,测定了相似材料在不同配比下的抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角;分析了不同含量原材料以及养护时间对相似材料力学性质的影响。结果表明:当骨胶比为6∶1∶0.06,骨料比为5∶4.5∶0.5,养护时间为7 d时的相似材料,与原岩的力学性质具有较好的一致性,能更好地满足相似材料的选材要求,是一种比较理想的软岩相似材料。     

砂粒径对相似材料力学特性的影响机理

为探明砂粒径对相似材料力学特性的影响机理,提高相似物理模拟实验的精度,对0.1～3mm的11种粒径条件下的99个力学试件进行了单轴抗压测试及渗透系数测试,并从石膏水化反应机理和内外部结构特征两方面阐释了试件力学特性变化的规律及机理。研究发现:砂粒径对相似材料的抗压强度影响范围在-16.51%～49.79%之间,但总体上粒径对材料强度的影响成负相关关系;SEM电镜观察发现,在较小砂粒径条件下生成的CaSO₄·2H₂O晶体多以相互交织的针状和短粗棒状晶体呈现,材料强度也较大,而粒径大时多以层片状、板状出现,交织程度差,力学强度弱;表征观察发现,砂粒径越小的试件界面缝长度与宽度则越小,砂粒的比表面积越大,接触应力更加均匀,不易产生应力集中而破坏材料;相似材料的渗透系数随砂粒径的增加而增大;当粒径大小为1.5～2.0mm时,试件单轴抗压强度与目标值最为接近。     

流-固耦合相似材料的研究

结合山东三山岛海下金矿的地质力学模型试验, 在借鉴了大量固相模型材料研究的基础上, 研制了流-固两相模型材料, 较好地解决了固体模型材料遇水容易崩解的问题。通过对相似材料进行试验, 重点研究了材料中不同骨料配比、骨料与胶结物的配比以及胶结物中胶结材料的配比等因素对试块强度的影响规律。通过调整材料配比可得到参数变化幅度较大的模型材料, 从而可用来更广泛地模拟不同的岩体材料。这些研究成果为岩石力学相似模型试验提供了参考。     

基于数字图像技术的相似材料试样破坏试验研究

为了能够直观地反应相似材料试样表面裂隙演化的过程及裂隙的位置、形状等信息,利用沙、水泥、石膏等材料制作相似材料试样,以非接触应变测量系统观测并研究单轴压缩状态下相似材料试样破坏的全过程。试验结果表明:与传统试验方法相比,数字图像相关技术具有明显优势,以该方法得到的全场应变云图可以较好的反映相似材料试样在破坏过程中裂纹的演化特征;通过对相似材料试样表面"X"状变形集中带取测点,利用VIC-3D分析软件分析各个测点的应变曲线,得到了试样表面变形集中带的变形特征;通过对各个阶段相似材料试样径向及轴向应变速率进行比较,得到了各个阶段试样表面应变速率的变化特征。     

模型试验土体相似材料关键技术及研究现状

正确地选择相似材料往往是模型试验成功与否的关键,土体相似材料的研究较岩质类脆性相似材料的研究起步较晚,水平较低.对地质力学模型试验土体相似材料研制基本原则、实验设计理论和相似指标的选择等关键技术进行了概述.综述了我国土体相似材料在滑坡模型试验、隧道模型试验和矿山模型试验等方面的研究现状,并指出了我国目前土体相似材料研究中存在的问题.     

基于不同残余含水率的相似材料力学特性研究

相似材料力学特性与原始岩石力学特性的相似度对相似模拟试验成功与否起到关键性作用。为提高试验精度,以葫芦素煤矿岩层特性为工程背景,采用实验室试验、理论分析及现场调研等方法,研究了以河砂和重晶石粉为骨料、水泥和石膏为胶结材料的相似材料不同残余含水率配比试验效果。结果表明:各因素对相似材料力学性质的综合影响大小依次为:残余含水率重晶石粉含量砂胶比水膏比;当残余含水率由0%增大到4%时,相似材料的单轴抗压强度和弹性模量分别降低了49.5%和53.3%,泊松比增加了54.8%;根据工程应用验证,线性回归方程的计算值与试验值相似度范围为86.3%～94.8%。该研究成果可为提高相似材料试验精度提供有效的参考。     

模型爆破试验相似材料及相似炸药的确定

模型爆破试验的关键是确定相似材料和相似炸药。用矩阵分析法推导出（ρ_ｍＣ_ｐ）／（ρ_ｏＤ），σ／（ρ_ｏＤ~２），Ｑ／（ρ_ｏｄ_ｂ~３）等重要相似准则。相似材料和相似炸药的确定具有一定的相关性。先确定相似炸药后确定相似材料比先确定材料后确定相似炸药易于实现。     

基于诱导冒落开采模型的相似材料配比试验研究

依据大石桥大岭西山菱镁矿的开采现状, 以模型试验相似理论为基础, 应用正交试验设计法, 设计了基于砂胶比、石膏与水泥质量比、松香酒精溶液占河砂百分比的3因素5水平材料配比方案模拟菱镁矿石, 对不同材料配比方案的试件进行了力学参数测试, 确定了一种能模拟菱镁矿石的最佳材料配比方案。采用极差分析法分析了各个因素对试件力学参数影响的主次关系, 发现影响试件强度参数的主要因素是松香酒精溶液占河砂的百分比, 影响试件变形参数的主要因素是砂胶比。绘制了各因素对试件力学参数影响的直观分析图, 分析了各因素对试件力学参数的影响趋势。     

石膏类相似材料的配比试验研究

根据地质力学模型试验的相似原理,针对石膏类相似材料的配比进行试验研究。材料有石膏粉、石英砂、水泥、聚丙烯纤维和水,试件按规定配比均匀拌合并压实脱模而成。对模型标准试件进行单轴抗压强度试验和直剪试验等材料力学参数测试,探讨各相似材料成分配比对试件σc、γ与 E的影响特征,选取适合大型地质力学模型试验的配比值,为一次性浇注大尺寸模型试件做准备。该材料具有重度可调、力学参数变化范围广、性能稳定、价格低廉、干燥快速、制作工艺简单、无毒无害等特点。     

相似材料配比的正交试验研究

本文基于正交试验设计的基本原理，结合煤矿边坡相似材料模拟试验研究的实际，介绍了相似材料配比试验优化方法。指出了高陡边坡相似模拟应注意的问题。     

模拟煤体的相似材料试验研究

文对模拟煤体或软岩的相似材料配比进行了试验研究,分析了砂胶比、水固比等因素对相似材料模型物理力学性能的影响规律,并确定了不同抗压强度的相似材料的配比方案。     

层状岩体地下开采物理模型试验研究

物理模型试验是岩土工程领域重要的研究手段之一。应用二维物理模型对地下开采进行模拟研究。首先是在遵循相似理论的前提下,确定模型试验的参数、相似材料的配比,根据现场工程地质情况,选择合适的剖面作为研究对象,之后进行模型的堆砌、开挖、变形的观测,最终总结出地下开采时围岩上观测点的位移矢量方向,变形的规律以及开挖所造成的影响范围。