一種制作片巖相似材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程技術領域，尤其涉及一種制作片巖相似材料的方法。
【背景技術】
[0002]西南地區(qū)有大量的區(qū)域變質巖覆蓋，其中以片巖居多，隨著水電工程在西南地區(qū)的發(fā)展，越來越多的水電項目面臨片巖的變形破壞問題，如片幫、傾塌、滑移等問題，這就要求對片巖的物理力學性質進行深入的研宄，由于片巖的成巖作用的原因，片巖的組成成分、試樣選取和試驗結果具有很大的離散性，這就對片巖的研宄產生了不利的影響。相似材料有制樣方便、離散性小的優(yōu)點，材料選取可控的優(yōu)點，在試驗研宄中得到廣泛的應用，片巖具有片理構造，在宏觀上有橫觀各向同性的力學特點，細觀上區(qū)別于層狀巖石，相似材料必須模擬出其細觀結構特點，對片巖的研宄才具有參考價值?，F有的相似材料制作方法主要通過以下幾種方式:
[0003]中國專利公開號CN101913818A，公告日期2010年12月15日，發(fā)明名稱“一種交互層狀模型材料試件制備方法”，該申請案公開了一種交互層狀模型材料試件制備方法，該方法利用一種多互層模型材料的薄層切割裝置切割、吸附、平移、鉆切等方法模型材料制作互層狀模型材料試件。
[0004]Rock Mechanics and Mining Sciences (2006 年，第 43 期，1163-1181)提及了一種層狀巖石相似材料，該相似材料使用硅酸鹽水泥、高嶺石制作，利用不同的配比模擬不同的巖層。
[0005]上述制作方法和材料選取主要存在以下缺點:
[0006](I)使用一種多互層模型材料的薄膜切割裝置的最小切割厚度為5mm，該厚度遠大于片巖片狀礦物之間的間隔厚度，并且不能形成片狀礦物的定向排列。
[0007](2)使用硅酸鹽水泥、高嶺石做相似材料，不能模擬片巖中片狀礦物，并且?guī)r層內部的組成礦物相同，不能模擬不同礦物組成的巖層的物理特征。
【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種制作片巖相似材料的方法，旨在解決現有的片巖相似材料制作方法不能實現片狀礦物的定向排列的問題。
[0009]本發(fā)明是這樣實現的，一種制作片巖相似材料的方法包括:
[0010]步驟一、將作為集料的云母片和作為膠凝材料的硅酸鹽水泥，按照配比混合，邊攪拌邊加水，得到流動狀的混合材料；
[0011]步驟二、將攪拌均勻的混合材料填入下料器，填滿下料器后水平推動調節(jié)裝置將混合材料填入模具；
[0012]步驟三、完成一層下料后，上調下料器，重復步驟二，直至將混合材料填滿模具，將填滿混合材料的模具放在振動臺上震動均勻，震動時間為5-10min ；
[0013]步驟四、混合材料初凝后12小時至18小時脫模，然后放在混凝土養(yǎng)護箱養(yǎng)護至少7天，養(yǎng)護完成后實施鉆孔取樣。
[0014]進一步，云母片的厚度小于其最大粒徑的1/10，最大粒徑根據試樣尺寸確定，最大粒徑小于試樣最小直徑或者邊長的1/5。
[0015]進一步，步驟一所述的質量配比范圍為:
[0016]娃酸鹽水泥:云母片:水=10:2.5:4至10:4:4.5。
[0017]進一步，步驟三所述的下料器的每次上調高度小于云母片粒徑的2/3。
[0018]進一步，下料器底部與底面的距離為云母片的粒徑的1/3至1/2之間。
[0019]進一步，所述的制作片巖相似材料所使用的下料裝置包括推動調節(jié)裝置和安裝在推動調節(jié)裝置上的下料器，模具設置在下料器下方。
[0020]本發(fā)明的制作片巖相似材料的方法，采用硅酸鹽水泥作為膠凝材料，云母片作為集料，相對于交錯互層狀相似材料更接近片巖的結構和構造特點，采用的下料裝置可以均勻下料并且使云母片整體保持平行排列的特點，并且操作上簡單易行，為利用相似材料研宄片巖的力學特征和變形破壞機制和規(guī)律提供了一種方便可行的方法，制作的相似材料相較于傳統(tǒng)的交錯互層狀相似材料與片巖有更高的相似度。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例提供的制作片巖相似材料的方法流程圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實施例提供的制作片巖相似材料的原理圖；
[0023]圖3是本發(fā)明實施例提供的片巖相似材料試驗數據圖；
[0024]圖中:1、下料器；2、調節(jié)裝置；3、模具。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明是這樣實現的，一種制作片巖相似材料的方法包括:
[0028]S101、將作為集料的云母片和作為膠凝材料的硅酸鹽水泥，按照配比混合，邊攪拌邊加水，得到流動狀的混合材料；
[0029]S102、將攪拌均勻的混合材料填入下料器1，填滿下料器I后水平推動調節(jié)裝置2將混合材料填入模具3 ;
[0030]S103、完成一層下料后，上調下料器1，重復步驟S102，直至將混合材料填滿模具3，將填滿混合材料的模具3放在振動臺上震動均勻，震動時間為5-10min ；
[0031]S104、混合材料初凝后12小時至18小時脫模，然后放在混凝土養(yǎng)護箱養(yǎng)護至少7天，養(yǎng)護完成后實施鉆孔取樣。
[0032]實施例一
[0033](一 )試驗材料的選擇
[0034]試驗材料包括膠凝材料和集料，材料的選擇主要取決于所模擬的片巖的力學參數，根據所需模擬試樣的強度參數和彈性參數選擇合適的硅酸鹽水泥作為膠凝材料，本實施例選取標號32.5的娃酸鹽水泥作為膠凝材料，厚度0.3mm-0.5mm、粒徑8mm-12mm的云母片為集料配制片巖相似材料。
[0035]( 二)制備混合材料
[0036]由于下料采用的下料器I呈漏斗形，為了保證混合材料下料順暢，并且裝料的過程中對已有的相似材料造成過大的壓力導致流動變形，制備混合材料的水灰比的范圍為水泥:云母片:水=10:2.5:4到水泥:云母片:水=10:4:4.5之間。本實施例制樣選取的質量配比為水泥:云母片:水=10:2.5:4.5，取水泥1kg,，云母片2.5kg，將水泥與云母片攪拌均勻，然后邊攪拌邊加入4.5kg的水，將混合材料攪拌均勻。
[0037](三)制備相似材料
[0038]下料器I底部與底面的距離為云母片的粒徑的1/3至1/2之間，本實施例制樣每次豎向調整的距離選取為5_，將混合材料裝入下料器I內，應用調節(jié)裝置2水平推動使下料器內的混合材料進入模具3內，模具3的尺寸為300X200X 150的長方體，完成一層下料后，上調下料器1，重復之前的步驟，直至將模具3填滿。將模具3放在振動臺將材料內的氣泡震出。
[0039](四)試樣加工
[0040]試樣終凝后10小時將試樣脫模，試樣米取自然養(yǎng)護的方法養(yǎng)護28天后實施鉆孔取樣。
[0041](五)試驗數據
[0042]試驗數據如圖3所示，制作的相似材料的試驗數據規(guī)律與天然巖樣的試驗數據規(guī)律相同。
[0043]本發(fā)明的制作片巖相似材料的方法，采用硅酸鹽水泥作為膠凝材料，云母片作為集料，相對于交錯互層狀相似材料更接近片巖的結構和構造特點，采用的下料裝置可以均勻下料并且使云母片保持整體的平行排列的趨勢，并且操作上簡單易行，為利用相似材料研宄片巖的力學特征和變形破壞機制提供了一種方便可行的方法，制作的相似材料相較于傳統(tǒng)的交錯互層狀相似材料與片巖有更高的相似度。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種制作片巖相似材料的方法，其特征在于，所述的制作片巖相似材料的方法包括: 步驟一、將作為集料的云母片和作為膠凝材料的硅酸鹽水泥，按照配比混合，邊攪拌邊加水，得到流動狀的混合材料； 步驟二、將攪拌均勻的混合材料填入下料器，填滿下料器后水平推動調節(jié)裝置將混合材料填入模具； 步驟三、完成一層下料后，上調下料器，重復步驟二，直至將混合材料填滿模具，將填滿混合材料的模具放在振動臺上震動均勻，震動時間為5-10min ； 步驟四、混合材料初凝后12小時至18小時脫模，然后放在混凝土養(yǎng)護箱養(yǎng)護至少7天，養(yǎng)護完成后實施鉆孔取樣。2.如權利要求1所述制作片巖相似材料的方法，其特征在于，云母片的厚度小于其最大粒徑的1/10，最大粒徑根據試樣尺寸確定，最大粒徑小于試樣最小直徑或者邊長的1/5。3.如權利要求1所述制作片巖相似材料的方法，其特征在于，步驟一所述的質量配比范圍為: 娃酸鹽水泥:云母片:水=10:2.5:4至10:4:4.5。4.如權利要求1所述制作片巖相似材料的方法，其特征在于，步驟三所述的下料器的每次上調高度小于云母片粒徑的2/3。5.如權利要求1所述制作片巖相似材料的方法，其特征在于，下料器底部與底面的距離為云母片的粒徑的1/3至1/2之間。6.如權利要求1所述制作片巖相似材料的方法，其特征在于，所述的制作片巖相似材料所使用的下料裝置包括推動調節(jié)裝置和安裝在推動調節(jié)裝置上的下料器，模具設置在下料器下方。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制作片巖相似材料的方法，該方法采用一定的配比將水、硅酸鹽水泥和云母片混合，將攪拌完的混合材料通過下料裝置下料到模具中，下料完成后通過振動臺將材料震動均勻。本發(fā)明的制作片巖相似材料的方法，采用硅酸鹽水泥作為膠凝材料，云母片作為集料，相對于交錯互層狀相似材料更接近片巖的結構和構造特點，采用的下料裝置可以均勻下料并且使云母片整體保持平行排列的特點，并且操作上簡單易行，為利用相似材料研究片巖的力學特征和變形破壞機制和規(guī)律提供了一種方便可行的方法，制作的相似材料相較于傳統(tǒng)的交錯互層狀相似材料與片巖有更高的相似度。
【IPC分類】G01N1/28
【公開號】CN104949867
【申請?zhí)枴緾N201510251047
【發(fā)明人】張傳慶, 梁恒, 周輝, 盧景景, 楊凡杰, 劉海濤
【申請人】中國科學院武漢巖土力學研究所
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月15日