模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料及其制備方法，由以下重量份比的原料組成：標(biāo)準(zhǔn)砂1份，碳酸鈣0.05～0.16份，重晶石粉0.05～0.18份，水泥0.02～0.08份，水0.1～0.14份，硅油0～0.04份，氯化石蠟0.07～0.15份。標(biāo)準(zhǔn)砂、碳酸鈣、重晶石粉、水泥等四種細粒材料混合并攪拌均勻，加水?dāng)噭?，將氯化石蠟加熱?5℃～60℃加入混料中，加入調(diào)節(jié)劑硅油，攪拌均勻。本發(fā)明能通過調(diào)節(jié)材料配比，在不影響材料的整體性質(zhì)的前提下，可以調(diào)控水理性指標(biāo)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，為模擬不同類別、不同滲透系數(shù)的巖體提供了可能；能在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相似材料的強度和滲透性，可模擬中、低強度的各類巖體。
【專利說明】模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料及其制備方法，屬于材料科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，多數(shù)學(xué)者采用地質(zhì)力學(xué)模型試驗來研究地下工程建設(shè)中遇到問題，進行施工過程力學(xué)規(guī)律的探索。但現(xiàn)在的地下工程模型試驗存在明顯的不足，現(xiàn)有技術(shù)中的相似材料大部分僅考慮物理力學(xué)相似，絕大多數(shù)相似材料會遇水崩解，無法應(yīng)用到流-固耦合模型試驗中。對于流-固耦合相似模型試驗，主要存在兩方面問題:①流-固耦合相似理論研究還不夠成熟試驗對相似材料要求較高，必須同時滿足固體變形和滲透性兩類相似條件，以往的流-固耦合相似材料注重解決材料的遇水崩解問題，忽略了對材料固體力學(xué)性質(zhì)和水理性的有效控制，相似模擬度較差，不能反映巖體和水耦合作用下的實際情況，并不是真正的流-固耦合相似模擬因此，有必要對流-固耦合相似材料做進一步研究。
[0003]專利CN102557551A公開了一種用于模型試驗的流-固耦合相似材料，由以下重量份的原料組成的:標(biāo)準(zhǔn)砂I份，重晶石粉0.05?0.15份，滑石粉0.05?0.15份，水泥0.05?0.125份，凡士林0.04?0.12份，硅油O?0.15份，拌合水0.05?0.1份。該專利的抗壓強度及滲透系數(shù)可調(diào)范圍小，適用范圍小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服上述不足而提供一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料，由以下重量份比的原料組成:標(biāo)準(zhǔn)砂I份，碳酸鈣0.05?0.16份，重晶石粉0.05?0.18份，水泥0.02?0.08份，水0.1?0.14份，娃油O?0.04份，氯化石臘0.07?0.15份。
[0007]所述的模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料，優(yōu)選由以下重量份比的原料組成:標(biāo)準(zhǔn)砂I份，碳酸鈣0.11份，重晶石粉0.08份，水泥0.06份，水0.13份，硅油0.02份，氯化石蠟0.14份。
[0008]所述標(biāo)準(zhǔn)砂的粒徑小于6mm，且級配均勻；碳酸鈣的粒徑小于6 μ m ;重晶石粉的細度為200目；水泥為抗壓強度為32.5MPa的優(yōu)質(zhì)白色硅酸鹽水泥。所述水為普通的飲用水。
[0009]所述硅油為常溫下粘度IOOOcSt的甲基硅油。所述氯化石蠟類型為氯化石蠟52。
[0010]上述模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011]I)按比例稱取標(biāo)準(zhǔn)砂、碳酸鈣、重晶石粉、水泥；
[0012]2)將稱量好的標(biāo)準(zhǔn)砂、碳酸鈣、重晶石粉、水泥等四種細粒材料混合并攪拌均勻；
[0013]3)稱量水，加入步驟2)所得細粒材料混合，充分?jǐn)嚢瑁?br> [0014]4)將氯化石蠟加熱至45°C?60°C ；[0015]5)將加熱后的氯化石蠟與步驟3)所得材料混合，并充分?jǐn)嚢瑁?br> [0016]6)加入調(diào)節(jié)劑硅油，攪拌均勻；
[0017]7)室溫下冷卻3~5min，即得。
[0018]本發(fā)明選用標(biāo)準(zhǔn)砂、碳酸鈣、重晶石粉、水泥、水、硅油和氯化石蠟為組成成分，其中，水泥作為主要膠結(jié)劑，遇水粘結(jié)性好，同時隨時間的推演可以發(fā)生緩慢的變化；重晶石粉、碳酸鈣和標(biāo)準(zhǔn)砂作為骨料，主要是調(diào)節(jié)相似材料的重度，輔助調(diào)節(jié)材料的彈性模量，使相似材料滿足相似原理的要求；氯化石蠟作為塑性膠結(jié)劑，主要是調(diào)節(jié)相似材料的滲透性以及強度和彈性模量；硅油作為調(diào)節(jié)劑，保證了材料的非親水性，使材料中的拌合水能與水泥充分反應(yīng)，降低材料對養(yǎng)護條件的要求，而且硅油可以實現(xiàn)在基本不影響材料力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，對材料的水理性指標(biāo)進行調(diào)節(jié)，大大提高了材料水理性方面的相似模擬度，擴展了該流-固耦合相似材料的應(yīng)用范圍；調(diào)節(jié)重晶石粉、碳酸鈣和標(biāo)準(zhǔn)砂的比重，可以調(diào)節(jié)材料的內(nèi)摩擦角和粘聚力。本發(fā)明的流-固耦合模型試驗相似材料，采用不親水的膠凝材料，材料遇水不軟化崩解，同時滿足固體變形和滲透性相似等條件，不受溫度和濕度條件影響。
[0019]材料主要參數(shù)范圍如表1所示,在單軸抗壓條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1所示。
[0020]表1
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料，由以下重量份比的原料組成:標(biāo)準(zhǔn)砂1份，碳酸鈣0.05~0.16份，重晶石粉0.05~0.18份，水泥0.02~0.08份，水0.1~0.14份，硅油O~0.04份，氯化石蠟0.07~0.15份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料，其特征是，由以下重量份比的原料組成:標(biāo)準(zhǔn)砂1份，碳酸鈣0.11份，重晶石粉0.08份，水泥0.06份，水0.13份，硅油0.02份，氯化石蠟0.14份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料，其特征是，所述標(biāo)準(zhǔn)砂的粒徑小于6mm，且級配均勻；碳酸鈣的粒徑小于6μπι;重晶石粉的細度為200目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料，其特征是，所述硅油為常溫下粘度1000cSt的甲基硅油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料，其特征是，所述氯化石蠟類型為氯化石蠟52。
6.權(quán)利要求1或2所述的模型試驗用可調(diào)流固耦合相似材料的制備方法，其特征是，包括以下步驟: O按比例稱取標(biāo)準(zhǔn)砂、碳酸鈣、重晶石粉、水泥； 2)將稱量好的標(biāo)準(zhǔn)砂、碳酸鈣、重晶石粉、水泥等四種細粒材料混合并攪拌均勻； 3)稱量水，加入步驟2)所得細粒材料混合，充分?jǐn)嚢瑁? 4)將氯化石蠟加熱 至45°C~60°C； 5)將加熱后的氯化石蠟與步驟3)所得材料混合，并充分?jǐn)嚢瑁? 6)加入調(diào)節(jié)劑硅油,攪拌均勻； 7)室溫下冷卻3~5min，即得。
【文檔編號】G01N1/28GK103604673SQ201310598017
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】李利平, 陳迪陽, 李術(shù)才, 王康, 劉洪亮, 胡聰, 石少帥, 周宗青 申請人:山東大學(xué)