相似材料模拟中的材料配比

本文以相似准则为理论依据,实验研究了相似材料模拟中所用材料的力学性能,通过调解材料之间的配比并经过配比试验得知,随着相似材料所含的骨料、胶结物及水份的改变,其力学性能将有较大的变化。文中所提供的配比数据,经过多次造型试用,证明是可行的     

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.     

基于地质力学模型试验的岩体相似材料配比研究

为了确定适用于模拟实际工程岩体的相似材料及其配比,以相似材料中重晶石粉、膨润土和胶水的质量占比为研究对象,根据地质力学模型试验的相似原理,设计了4种配比试验。通过单轴压缩试验获得了不同配比下相似材料的应力-应变曲线,采用最小二乘法进行曲线拟合得出其变形模量,并与实际工程岩体进行对比,然后对相似材料中的各组分进行敏感性分析,确定了该试验所采用的最终配比。结果表明:重晶石粉∶膨润土∶胶水=12∶0.3∶1.5(工业胶∶水=1∶2)时,重晶石粉、膨润土和工业胶的质量占比分别为89.96%、2.17%和3.63%,该配比下相似材料密度为2.0 g/cm~3时,相应的变形模量和抗压强度分别为87.45、0.686 MPa。因此,该配比下的相似材料能够模拟力学参数范围大的岩体,可以为地质力学模型试验提供依据。     

基于正交设计的土质相似材料配比试验研究

以黏土、重晶石粉、粉细砂和膨润土为原材料,配制振动台模型试验中的土质相似材料,并基于正交设计方法,通过直接剪切与压缩试验,对影响土质相似材料物理力学参数的各配比因素进行敏感性分析.结果表明,不同配比相似材料的参数取值范围较广,能够满足大部分模型试验对土质相似材料的要求.研究成果可为类似模型试验土质相似材料的配比选取提供参考.     

大尺寸工程模型试验中的相似材料配比试验研究

大型物理模型试验是研究复杂工程问题的重要方法,如何快速、准确地确定相似材料配比是试验中至关重要的一环.为降低试验成本、简化试验步骤、充分调用原料性能,采用河砂、水泥和石膏这三种最普通的原料,以骨胶比(河砂与水泥石膏的质量比)和水膏比(水泥与石膏的质量比)为变量,进行了45组对比试验,对相似材料的物理及动、静力学参数进行了研究.获得了以河砂、水泥和石膏为原料配制的相似材料各物理量的变化区间;探讨了骨胶比和水膏比对相似材料各物理量的控制作用,并对比了其敏感性;基于多元线性回归分析建立了各因素与物理量间的定量关系,得到的拟合公式能较好地描述相似材料的性质.     

郑州市域粉质黏土相似材料配比试验研究

文章结合郑州市轨道交通10号线盾构下穿南水北调干渠工程,针对盾构掘进的粉质黏土地层工况,根据相似理论计算相似材料的相似比尺,通过大量的相似材料配比试验,配制出一种新的粉质黏土相似材料,相比于原状粉质黏土,该相似材料呈现出“高密度、高摩擦角、低黏聚力、低压缩模量”的性质特点;通过对铁粉质量、锯末质量比、膨润土质量比、水质量4个因素的敏感性分析,获得铁粉、锯末等基础材料对相似材料物理力学性质指标的敏感性,并提出严控含水量的重要性。研究成果可为开展粉质黏土相似模型试验提供相似材料配比方案,为郑州市域该土层内的相关工程建设提供参考。     

深埋隧硐模型试验相似材料配比的多元回归分析

为研究深埋岩体相似材料影响因素的显著性,以确定相似材料配比的多元回归方程,采取正交试验方法,选取传统相似材料配比方案中砂胶比(A)、胶结材料石灰含量(B)、胶结材料石膏含量(C)和云母含量(D)为试验因素,同时设置空列为误差列以考虑试验误差的影响,通过单轴抗压和直剪试验等物理试验得到试件的内摩擦角、抗压强度、抗拉强度和粘聚力等物理力学指标,通过极差法求出各因素各水平均值极差,通过分析得出影响规律,即随着试验因素胶结材料(B)的石灰含量增大,相似材料内摩擦角、粘聚力、抗拉强度和抗压强度显著增大,而随着因素砂胶比(A)的减少,相似材料密度与内摩擦角显著减小。通过方差法将各因素影响参数大小进行量化,获得了各因素影响参数贡献率,其中,试验因素胶结材料中的石灰含量(B)对试件内摩擦角、抗拉强度、抗压强度和粘聚力影响贡献率最大,依次为59.1%、53.7%、53.4%和48.3%,表明试验因素胶结材料中的石灰含量(B)对试件内摩擦角、抗拉强度、抗压强度和粘聚力起到主要控制作用,而试验因素砂胶比(A)对试件的密度和粘聚力影响贡献率最大,依次为77.4%和42.0%,表明试验因素砂胶比(A)对试件的密度和粘聚力起到显著控制作用。最后根据各因素对相似材料力学参数影响的贡献率,选取具有显著控制作用的影响因素进行多元回归分析,得到了可用于试验配比的多元回归方程。     

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.     

模拟覆岩破坏稳恒电场特征的相似材料配比研究

通过大量的相似材料配比试验研究证明,在材料中加入一定浓度适量的Ｎａｃｌ溶液是实现覆岩破坏稳恒电场特征相似材料模拟的最佳方法。试验得出了相似材料电阻率与Ｎａｃｌ溶液浓度的关系。按照这一关系配制的相似材料模型的试验结果准确地反映了覆岩破坏稳恒电场的变化特征。     

模拟原煤的相似材料试验研究

为制备原煤的相似材料,选用煤粉和沙子为两种骨料,石膏和水泥为胶结剂,应用单因素分析法,分别就煤粉、石膏、水泥和沙子之间的不同配比对相似材料强度的影响进行了试验研究.结果表明,以煤粉为骨料的相似材料,其试样强度与煤粉用量呈线性负相关,且相关性显著,相似材料性能也易掌控;而以沙子为主料的相似材料,其试样强度与沙子用量呈非线性关系,试样强度波动较大,相似材料性能不易掌控.因此,以煤粉做原煤相似材料的骨料比沙子要合适,研究结果为原煤相似材料的制备提供了借鉴.     

煤层开采地表沉陷相似材料研究

为研究煤层开采地表沉陷的移动变形规律,采用相似材料模拟实验。本文通过对模型的设计及观测,得到模型的观测成果。分别用概率积分法和皮尔森Ⅲ型函数法对急倾斜煤层开采地表的下沉进行预计,其预计结果和模型观测结果对比分析,定性的得出尔森Ⅲ型公式法适合预计500煤层的地表静态下沉。     

隧道围岩体相似材料试验研究

采用正交试验法得到了模拟围岩的合适相似材料及其配比,对相似材料中松香酒精溶液质量分数、机油含量、重晶石粉与砂的质量比及胶结剂占总质量比例等方面进行了研究。试验表明,配制的模型材料能满足Ⅳ级和Ⅴ级原型围岩物理力学参数相似关系,为以后模型试验研究提供了一定的参考依据。     

露天矿排土场相似材料模型实验研究

为了对元宝山露天矿排土场边坡稳定性作出客观评价,采用相似材料模型实验的方法对排土场进行物理模拟。结果表明：随着排土工作线发展,荷载增加,测点的位移和应力变化特征为：应力趋向负值．出现拉应力,岩体在变形,并且容易破坏,同时位移明显增大。该结论为元宝山露天矿排士场下一步排土方案、边坡监测方案和边坡整治防滑措施的制定提供决策依据。     

煤矿膏体充填材料配比试验研究

根据膏体充填工艺及上覆岩层控制理论,提出了膏体需具有自稳能力和强度,还应具有良好的可泵性,其性能受矸石级配、细粉料、胶结料、质量浓度等多种因素的影响。以五亩冲煤矿膏体充填为例,通过正交试验系统研究了膏体充填材料的配比,通过环管试验研究了膏体在管道中的沿程阻力。试验结果表明:膏体质量浓度为79%,水泥、生石灰、矸石的质量比为1∶3∶7时,制成的膏体在技术上和经济上均能满足五亩冲煤矿充填需要。     

相似材料模拟试验中的两个相似问题

目前在相似材料模拟试验中,常采用平面应力模型与平面应变模型两种受力状态。本文在实验室进行模拟试验的基础上,讨论并分析了在用平面应力模型模拟平面应变问题时,如何改变相似材料的弹模,以保持垂直变形的相似;用平面应变模型时,应采取哪些措施,以减少或消除模板摩擦力的影响。     

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.     

滑坡相似材料试验结果优化理论研究

在运用模糊综合评判确定的滑坡相似材料试验配合比隶属度基础上，利用方差分析确定各因素的数学优化区间，结合变量有上下界的改进单纯形法获得技术、经济上的最佳配合比，解决了统计优化理论不能在连续区间寻优的缺点，这对从事滑坡相似材料研究具有一定实际意义。     

用于模拟煤体爆破的相似材料实验研究

为在实验室利用模型材料代替真实煤体进行模拟煤体爆破,基于相似理论,采用测试模型材料物理特性、静力学特性和动力学特性等相结合的方法,对用于模拟煤体爆破的相似材料进行实验研究,得出了用于模拟煤体爆破的相似材料组成为水泥+石膏+粉煤+沙子+云母碎+水和相应配比为15∶2∶70.5∶3∶0.5∶9,相似比为1,该组成和配比制作的相似材料物理特性、静力学和动力学等参数与真实煤体基本一致,可以代替真实煤体进行爆破实验。研究成果为在实验室利用模型材料代替真实煤体实现对深孔控制爆破技术等相关爆破实验研究提供材料基础。     

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。