濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料，它由占總質(zhì)量6%的石膏、占總質(zhì)量14%的膨潤土、占總質(zhì)量10%的工業(yè)鹽、占總質(zhì)量50%的重晶粉和占總質(zhì)量20%的砂混合，然后加入10%的自來水?dāng)嚢杈鶆蚨频谩１景l(fā)明制作方便、相似性良好，適用于模型試驗(yàn)相似材料領(lǐng)域，尤其涉及濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料。
【專利說明】濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模型試驗(yàn)相似材料領(lǐng)域，尤其涉及濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料。
【背景技術(shù)】
[0002]相似材料是模型試驗(yàn)研究的一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)，模型材料選擇的正確與否直接決定著模擬原型的正確與否，用單一的天然材料直接作為相似材料的應(yīng)用面是比較窄的，通常是用若干天然材料(尾砂、砂、粘土、鐵粉、鉛粉、重晶石、鋁粉、云母粉、硅藻土等)和人工材料(軟木屑、聚苯乙烯顆粒、水泥、水玻璃、氧化鋅、石蠟、松香、樹脂等)配制而成，因此,相似材料一般是多種成分的混合物，混合物的成分和配比，需要通過大量的配比試驗(yàn)才能滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制作方便、相似性良好的濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明所述的濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料，其特征在于:它由占總質(zhì)量6%的石膏、占總質(zhì)量14%的膨潤土、占總質(zhì)量10%的工業(yè)鹽、占總質(zhì)量50%的重晶粉和占總質(zhì)量20%的砂混合，然后加入10%的自來水?dāng)嚢杈鶆蚨频谩?br> [0005]所述的砂為0.05 mm的砂。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、對人工制備濕陷性黃土試樣采用單線法進(jìn)行濕陷試驗(yàn)，在壓力為IOOkPa時(shí)濕陷量為7.46mm，對應(yīng)濕陷系數(shù)為0.373 ;在200kPa時(shí)濕陷量為6.34mm，對應(yīng)濕陷系數(shù)為0.317(見附圖5)，即研制的濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料產(chǎn)生了強(qiáng)烈的濕陷性，其濕陷變形特征與天然黃土具有很好的相似性(見附圖6)。
[0007]2、對濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料進(jìn)行直剪試驗(yàn)，確定該組試樣的強(qiáng)度指標(biāo)C、V，剪應(yīng)力與位移曲線在達(dá)到峰值以后便不在繼續(xù)讀數(shù)，取最大值為峰值強(qiáng)度；采用回歸方法求得抗剪參數(shù)結(jié)果，回歸系數(shù)為0.952，說明試樣產(chǎn)生剪切破壞時(shí)垂直壓力和剪切應(yīng)力的回歸系數(shù)較好，得到強(qiáng)度參數(shù)c=118.39kPa、Ψ=28.18°，由于在50°C恒溫箱中烘干24小時(shí)后，取出試樣進(jìn)行的直剪試驗(yàn)，所以粘聚力c值偏大(見附圖7)。
[0008]3、研制的濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料在容重相似方面，通過調(diào)節(jié)無粘性的重晶石粉和砂的含量，能夠使容重在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，模擬出一般濕陷性黃土容重在
1.33 ~1.81 g/ cm3 的范圍。
[0009]4、空中自由下落方法應(yīng)用在濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料中，能夠很好地模擬風(fēng)成黃土的沉積條件和沉積過程，所形成的相似材料具有和天然濕陷性黃土類似的大孔隙性和多孔性，而且具有良好的壓縮穩(wěn)定性，遇水產(chǎn)生比天然濕陷性黃土更強(qiáng)烈是濕陷。
[0010]5、研制的濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料具有類似天然黃土的結(jié)構(gòu)性和材料的相似，以及強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)的相似性，從而使強(qiáng)濕陷性黃土模型試驗(yàn)材料滿足了與天然黃土的橫向相似和大部分程度上的縱向相似；這樣就可以克服天然濕陷性黃土由于地理位置和深度的不同，試驗(yàn)數(shù)據(jù)隨機(jī)性大，很難直接進(jìn)行對比的困難。
[0011]6、模型試驗(yàn)材料的結(jié)果具有重復(fù)性和控制性，可直接控制材料的組成，能夠很好地評價(jià)組分變化的影響；還可人為改變影響濕陷性的因素，定性或定量的判斷出各因素對濕陷性的影響程度；空中自由下落方法和相應(yīng)的相似材料，為濕陷性黃土的研究開辟了一條新的途徑，將大大推動黃土學(xué)科的研究和發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1、濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料各組成風(fēng)。
[0013]圖2、加水拌勻后的模型試驗(yàn)材料。
[0014]圖3、自由下落法制取試樣。
[0015]圖4、人工制備濕陷性黃土試樣。
[0016]圖 5、固結(jié)濕陷性試驗(yàn)。
[0017]圖6 UOOkPa和200kPa下試樣高度與壓力變化關(guān)系。
[0018]圖7、剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]1、濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料，它由占總質(zhì)量6%的石膏、占總質(zhì)量14%的膨潤土、占總質(zhì)量10%的工業(yè)鹽、占總質(zhì)量50%的重晶粉和占總質(zhì)量20%的砂混合，然后加入10%的自來水?dāng)嚢杈鶆蚨频?見附圖1、2)。
[0020]2、在環(huán)刀上方200~400mm處放置Imm的篩，環(huán)刀放在鋪有濾紙的透水石上，輕輕搖動篩，使混合材料自由下落直至裝滿環(huán)刀，試樣要高于環(huán)刀，用顆粒的下落高度來模擬風(fēng)的沉積作用，讓顆粒隨機(jī)自由的選擇位置(見附圖3)。
[0021]3、沉積完成后，小心整平試樣的表面，避免對試樣造成擾動，但這個(gè)時(shí)候的結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的；由于試樣高于環(huán)刀，對試樣施加一個(gè)微小的垂直應(yīng)力后，認(rèn)為結(jié)構(gòu)達(dá)到了亞穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；還可以對試樣繼續(xù)增加材料，輕輕按壓，直至孔隙率和干密度滿足相似標(biāo)準(zhǔn)值，此時(shí)認(rèn)為試樣是足夠穩(wěn)定的，可允許移動，試樣成形以后，避免擾動，放入50°C的恒溫箱中烘干24小時(shí)，模擬黃土形成過程中比較干燥炎熱的環(huán)境。
[0022]4、削平試樣，使其各組密度相差在0.03 g/ cm3之內(nèi)，完整的黃土模型試驗(yàn)相似材料就制作完成(見附圖4)。
【權(quán)利要求】
1.濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料，其特征在于:它由占總質(zhì)量6%的石膏、占總質(zhì)量14%的膨潤土、占總質(zhì)量10%的工業(yè)鹽、占總質(zhì)量50%的重晶粉和占總質(zhì)量20%的砂混合，然后加入10%的自來水?dāng)嚢杈鶆蚨频谩?br> 2.如權(quán)利要求1所述的濕陷性黃土模型試驗(yàn)相似材料，其特征在于:所述砂為0.05mm的砂 。
【文檔編號】C04B28/14GK104003684SQ201410230275
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】張延杰, 王旭, 蔣鵬程, 蔣代軍, 劉德仁, 楊成 申請人:楊成