铁精砂相似材料力学性质试验研究

依托于某工程项目,以隐晶质玄武岩为模拟原型,选择相似材料最优配比,以便后续物理模拟等研究工作。相似材料由石英砂,重晶石粉、铁精粉和松香酒精溶液混合后击实而成,该材料具有高重度、低强度的特征。从材料选择、模具设计、试样制备、室内力学试验等方面开展了综合性模型相似材料的试验研究,最终获得满足试验要求的材料组成及配比。经试验研究发现,通过改变配比,可以调整相似材料的抗压强度及抗剪强度参数,从而为以后的相似材料研究提供可以参考和借鉴的依据。     

低强度相似材料参数敏感性正交试验研究

用相似模拟试验进行低强度相似材料参数敏感性试验,选择铁矿粉、重晶石粉、砂及石膏用量4因素5水平进行正交试验。结果表明,铁矿粉和石膏用量分别对相似材料的容重和抗压强度有显著影响,随铁矿粉用量增大,相似材料容重呈增大趋势,随石膏用量增大,相似材料抗压强度逐渐增大;模拟铁矿体合理配比为:m(重晶石)∶m(铁矿粉)∶m(砂)∶m(石膏)=21∶78∶40∶8。     

低强度相似材料正交配比试验

为准确地配出满足相似模拟试验需求的低强度相似材料,以沙子为骨料,粉煤灰和石膏为胶结料,采用正交试验的方法进行配比试验研究.试验结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,能满足不同比例模拟试验对相似材料的要求;相似材料的抗压强度和弹性模量皆随砂胶比和胶结物比例的增加呈现明显的减小趋势,砂胶比与材料的抗压强度和弹性模量近似呈线性关系,胶结物比例与材料的强度和弹性模量近似呈现乘幂关系;采用极差分析法分析了砂胶比和胶结物比例的敏感度,并作出了其对相似材料力学参数影响的直观分析图,胶结物比例较砂胶比对材料的抗压强度和弹性模量的影响皆更为显著.该成果对相似模型材料配比的选取具有定的参考价值和指导意义.     

隧道软弱围岩相似材料的力学性能试验

基于相似理论和量纲分析法,将弹性模量作为铁路隧道软弱围岩的研究指标,推导出其相似指标.以重晶石、石英砂和凡士林等混合物作为铁路隧道软弱围岩的相似材料,通过应力控制式三轴试验仪进行常规三轴试验.并利用非线性回归分析的方法对实验结果进行分析,得出相似材料配比与弹性模量的变化规律.最后,给出估算这类相似材料中的重晶石等重要组分的含量与弹性模量的函数关系,以用于在实践中确定与隧道软弱围岩相适应的相似材料混合比.     

隧道爆破力学模型相似材料配比的正交试验

以砂岩作为模拟对象,研究满足隧道爆破力学模型试验要求的相似材料配比问题.基于正交试验法,选取石英砂、重晶石粉、石膏、水泥和水为相似材料,设置以石英砂/固体、水泥/石膏、重晶石粉/(重晶石粉+石英砂)的质量比为3个因素,每个因素3个水平,共9组配比的正交试验方案.通过室内试验,得到相似材料的密度、单轴抗压强度、弹性模量和声波波速的实测数据.试验结果表明:相似材料的物理力学参数分布范围较广,可满足不同隧道模型试验对相似材料的配比要求.利用极差敏感分析法分析各因素对相似材料参数的敏感性,并通过各因素对相似材料参数影响的直观分析图,分析各因素对相似材料物理力学参数的影响规律.对试验数据进行多元线性回归分析和室内试验,发现最优配合比下的相似材料与原型砂岩的单轴应力-应变曲线具有相似的脆性破坏特征;相似材料物理力学参数的设计值和实测值误差较小.     

成型压力对相似材料力学性质影响机理

为探究成型压力对相似材料力学性质的影响机理,选择IBSCM新型相似材料,运用正交试验方法系统性的研究了成型压力和配比对相似材料密度、抗压强度、弹性模量、泊松比的影响;采用极差分析和多元回归分析等方法对结果进行了分析。结果表明:各因素对相似材料物理力学性质影响显著性由大到小依次为胶结剂浓度、成型压力、铁粉含量、石膏含量;胶结剂浓度对相似材料的抗压强度、弹性模量起控制作用;成型压力由2 MPa增大到6 MPa时,材料的密度、抗压强度、弹性模量分别增大了5. 97%,59. 1%,27. 5%,成型压力对相似材料力学性质影响较大,相似模拟实验中选择恰当的成型压力和配比是提高模拟实验相似性的关键;得到了成型压力和配比对相似材料力学参数影响的回归模型,并对模型的有效性进行了验证。     

一种页岩相似材料的配制及其力学性能的研究

以地质力学模型试验的相似理论和相似材料的选择原则为基础,以砂子为骨料,石蜡为胶结剂,石膏为调节剂作为相似材料制成了一批可以模拟页岩的模型试件。该相似材料满足相似原理,且具有取材方便、经济成本低、制作工艺简单、成型时间短以及变形量大等优点。对5种不同配比下的软岩相似材料试件进行了大量的单轴、三轴试验,验证了该相似材料模拟页岩具有可行性。结果表明,该相似材料的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角随砂胶质量比的增大而减小,泊松比随砂胶质量比的增大而增大。该研究为进一步的模型试验提供了理论指导。     

不同黏土矿物对岩石相似材料性质的影响

本文从研制适用于开展水岩作用相关物理模型试验相似材料的角度出发,以石英砂、重晶石粉为骨料,水泥、石膏为胶结材料,分别添加膨润土、伊利石粉、高岭土作为水敏性调节剂来制作岩石相似材料,开展了单轴压缩、直剪以及水理性试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数和水理性质指标,并采用单因素控制法深入分析了不同粘土矿物类型与不同掺入量对相似材料试样物理力学性质与水理性质的影响。结果表明：1)添加粘土矿物的相似材料,其物理力学参数分布范围广,能满足岩石相似材料的需求;2)粘土矿物的添加显著改变了试样的物理力学性质,随着其掺入量的增加,试样密度、抗压强度、弹性模量以及粘聚力整体呈下降趋势,内摩擦角呈增大趋势,其中膨润土的影响程度强于伊利石粉和高岭土;3)含有膨润土的相似材料相对于其他粘土矿物吸水率更大,更易于发生崩解,更适合作为研究水岩相互作用的物理模型试验相似材料的水敏性添加剂。该研究成果可为研制适用于开展水岩相互作用的物理模型试验相似材料提供参考。     

高填土涵洞相似材料的试验研究

基于相似理论和量纲分析法,推导出相似指标,并作为试验相似与否的判定原则.以砂、石膏、硅藻土混合物为相似材料,进行相似材料模拟试验.用正交法设计初次试验,用抗压强度相似指标控制试验的相似程度.通过极差分析,得出材料力学指标4个影响因素的重要程度,并在此基础上小范围调整配比进行二次试验,得到符合力学相似指标要求的材料配比.用上述试验设计方法替代全面试验法,可以通过最少的试验次数得到符合相似指标要求的材料配比,大大减少试验次数和时间.试验得出的相似材料配比与力学指标的变化规律,对实际工程相似材料模拟具有一定的参考意义.     

水泥和石膏胶结岩样材料参数的敏感性分析

采用正交试验设计的方法进行水泥石膏胶结岩样材料参数的敏感性分析,以含砂率、含水率、胶结比以及砂的粗细比为4因素5水平,设计了25组材料的配比方案对胶结岩样进行了研究.通过称重测量、单轴压缩试验得到岩样密度、抗压强度、峰值应变和弹性模量等参数,运用极差分析,结果表明:掺水率对人工制备岩样的密度、单轴抗压强度和弹性模量影响最大;掺砂率对岩样的峰值应变最大;其他因素的影响不是很明显.     

相似材料力学性质影响因素试验研究

选取地下工程物理模型试验中常用的石膏作为胶结剂,石英砂作为骨料制成相似材料试件.将相似材料试件置于不同尺寸、温度、含水率及加载速度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质的影响规律.研究发现,相似材料力学性质受尺寸、含水率及加载速度影响大,受温度影响小,且相似材料力学性质受不同因素影响原因与岩石的影响原因相同.为避免这些因素的影响,大型相似材料模型铺设时要严格控制用水量、充分搅拌原料、合理控制密实度及养护已经铺设的材料,同时精确控制荷载施加速度.     

沙漠砂混凝土轴心受压应力-应变曲线试验分析

为探究单一变量下沙漠砂混凝土应力-应变全曲线,分别设计4组不同沙漠砂取代率的棱柱体混凝土试块,进行单轴受压试验,分析沙漠砂混凝土破坏现象、破坏过程以及破坏特征,并研究不同沙漠砂取代率对沙漠砂混凝土峰值应变、极限应变、弹性模量的影响.研究结果显示:沙漠砂混凝土与普通混凝土相比,其破坏特征具有一定的差异性;取代率为20％时沙漠砂混凝土其轴心受压强度达到最高,且胶凝材料对沙漠砂包裹效果较为明显;沙漠砂混凝土脆性明显高于普通混凝土;沙漠砂混凝土无量纲应力-应变曲线上升段、下升段均采用过镇海模型较为贴合,且能准确描述沙漠砂混凝土在单轴受压作用下的变形特征.     

单轴应力条件下水泥石强度与弹性模量的关系

利用高温高压养护釜、压力试验机等设备对油井水泥石的应力-应变曲线进行了检测.分析了温度、外加剂对水泥石强度和弹性模量的影响规律,研究了强度与弹性模量关系模型的建立问题.结果表明,单轴应力条件下水泥石具有明显的弹性变形及脆性破坏特征;强度与弹性模最初随养护温度提升而增大,达到一定温度后,随温度继续升高而减小;各体系的强度及弹性模量均随养护时间的增长而增加,分散剂、降失水剂、胶乳能降低强度和弹性模量,早强剂、膨胀剂能增加强度和弹性模量,硅砂能增加高温条件下水泥石的强度及弹性模量;采用数据回归分析方法建立水泥石强度与弹性模量之间的关系模型,可以依据所建立的模型利用水泥石强度测试数据估算弹性模量.     

超高性能混凝土配合比设计及其受拉性能

基于最大堆积密度理论,研究超高性能混凝土(UHPC)的配合比设计方法.采用修正的AndreasenAndersen法计算石英砂级配,通过密度试验确定水泥和硅灰的相对质量分数;根据单一变量试配试验确定砂胶质量比、水胶质量比和纤维体积分数,综合考虑抗压强度和工作性能2个因素确定最佳配合比.按最佳配合比制作立方体试件和轴心受拉试件,进行受压和单轴拉伸力学性能试验,研究UHPC受压和单轴受拉力学性能以及纤维体积分数对UHPC单轴受拉力学性能的影响.结果表明:按照最佳配合比制备的UHPC,其抗压强度为116.64~134.85MPa,抗拉强度为4.761~8.504MPa;随着纤维体积分数的增加,抗拉强度和韧性都大幅提高,试件也由脆性破坏转变为韧性破坏.研究成果可以为UHPC在国内的推广应用提供一定参考.     

沥青砂混合料新型软岩相似材料的试验研究

在地质力学模型材料研究的基础上,根据相似理论,通过大量的力学试验和数据分析,最终研制出一种模拟软岩特性的相似材料.该相似材料是用硬质沥青作为胶结剂,砂和锌粉作为骨料,橡胶粉作为调节剂混合而成的.对相似材料进行了常规的单轴压缩、劈裂拉伸和直剪试验,测定了该相似材料在不同配比下的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、摩擦角等参数;并研究了养护时间对相似材料力学性能的影响.结果表明：该相似材料能很好地满足相似材料的选材要求,其物理力学参数变化范围大,破坏现象与软岩的非常相似,是模拟软岩的理想材料.     

裂隙倾角对泥质白云岩强度影响试验研究

地下岩体中普遍存在的裂隙是影响岩体拉压性能的重要因素之一。依托贵阳轨道交通工程,采集泥质白云岩,开展劈裂试验和单轴压缩试验,分析了不同裂隙角度对泥质白云岩拉、压性能的影响。结果表明:(1)劈裂试验中,泥质白云岩抗拉强度为3～7 MPa,平均值为5. 03 MPa,抗拉强度随裂隙角度的增大呈下降趋势,劈裂模量为0. 1～2. 84 GPa,整体呈幂函数下降趋势;(2)泥质白云岩的抗压强度较高,分布在60～130 MPa之间,平均抗压强度为87. 25 MPa;随裂隙角度的增大,试样抗压强度呈先减小后增大趋势;通过理论推导,得出岩体中最易破裂裂隙角度为22. 5°～45°,与试验结果相符;弹性模量随裂隙倾角整体呈上升趋势;(3)通过对泥质白云岩拉压强度对比,得出泥质白云岩抗压强度平均值与抗拉强度平均值之比为18. 97。