一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法技术

本发明专利技术涉及一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法，属于地质领域。该方法包括步骤：根据试验量纲分析法确定砂卵石地层模型的相似关系，得到各参数的相似比；根据材料颗粒粒径乘以几何相似系数后与原型土的粒径分布曲线一致的要求、以及相似比确定材料的理学指标目标值，选取材料为玻璃珠、重晶石粉、石英砂和石膏和配合比；计算材料用量，将玻璃珠、重晶石粉、石英砂放入拌和容器，充分搅拌；将石膏作为胶结材料放入拌和容器，充分搅拌至拌合物无明显小颗粒及起团现象出现；将拌和材料用保鲜膜包起来，置于环境干燥处5h，得到最终模型材料。本发明专利技术能用于观测模型的变形、位移和破坏等情况，分析现场实际工程。

Artificial preparation method of model material for sand gravel formation test

The invention relates to an artificial preparation method for a sand gravel stratum model test material, belonging to the geological field. The method includes steps: according to the test dimension analysis method, the similarity relation of the sand gravel stratum model is determined, and the similarity ratio of the parameters is obtained. According to the requirement of the particle size of the material, the geometric similarity coefficient is consistent with the particle size distribution curve of the prototype soil, and the similarity ratio determines the objective value of the physical index of the material, and the material is selected as the material. Glass beads, barite powder, quartz sand and gypsum and mix ratio; the amount of material is calculated, glass beads, barite powder and quartz sand are put into the mixing container to fully stir; the gypsum is used as a cementation material in the mixing container, and the mixture is stirred to the mixture without obvious small particles and appearance. Wrap it up and put it in the dry place 5h to get the final model material. The invention can be used to observe the deformation, displacement and failure of the model, and analyze the actual projects at the scene.

【技术实现步骤摘要】
一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法
本专利技术属于地质领域，涉及一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法。
技术介绍
砂卵石地层离散性大，颗粒间无胶结，是一种典型的不稳定地层。在砂卵石地层中开挖隧道时极易发生塌陷现象，因此，采用模型试验手段是研究砂卵石地层隧道开挖变形机制的一种重要方法。进行隧道开挖模型试验的首要任务是确定出围岩的相似材料，而砂卵石地层具有颗粒粒径大、黏粒含量低、孔隙率大、内摩擦角大等特征，与黏土、岩层均存在较大差别。因此提供一种可靠的砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法对于确定模型试验方案进而研究隧道开挖过程中砂卵石地层的变形规律具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法，是根据相似理论，使用与天然卵石地层材料物理力学性质相似的人工制备材料，按照实际工程原型，以一定比例缩小而成的模型，以观测模型的变形、位移和破坏等情况，据此分析现场实际工程。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法，包括以下步骤：S1：根据试验量纲分析法确定砂卵石地层模型的相似关系；S2：根据砂卵石地层模型的相似关系得到长度、弹性模量、密度、泊松比、粘聚力、内摩擦角、应变和应力的相似比；S3：根据砂卵石地层模型材料颗粒粒径乘以几何相似系数后与原型土的粒径分布曲线一致的要求、以及相似比确定砂卵石地层模型材料的理学指标目标值，选取砂卵石地层模型材料类型为玻璃珠、重晶石粉、石英砂和石膏；S4：确定砂卵石地层模型材料的配合比为：玻璃珠：石膏：重晶石粉：石英砂＝1:3:3:3；S5：按已确定的配合比，计算出各砂卵石地层模型材料的用量，采用电子天平进行称取，精度0.1g，放置于各自容器中；S6：将玻璃珠、重晶石粉、石英砂三种材料放入拌和容器，为保证材料均匀性，采用人工拌和方式，充分搅拌至均匀；S7：将石膏作为胶结材料放入拌和容器，充分搅拌，直至拌合物无明显小颗粒及起团现象出现；S8：将拌和容器中的拌和材料用保鲜膜包起来，置于环境干燥处5h，得到最终砂卵石地层模型试验材料。进一步，在步骤S1中，所述相似关系为1:20。进一步，在步骤S2中，所述长度、弹性模量、密度、泊松比、粘聚力、内摩擦角、应变和应力的相似比分别为：1:20、1:20、1:1、1:1、1:20、1:1、1:1、1:20。进一步，在步骤S3中，所述原型土的粒径分布曲线为：粒径2～20mm占25％，粒径20～60mm占45％，粒径大于60mm占15％，其余为砾砂与粉黏粒充填，局部含漂石；最大粒径为450mm；所述砂卵石地层模型材料类型为玻璃珠，粒径为2～3mm，用于模拟原型土中粒径60mm的粗颗粒；石英砂，粒径为1mm，用于模拟原型土中粒径20mm的粗颗粒；重晶石粉，用于调节材料容重；石膏，用于模拟原型土中粒径2mm以下颗粒及黏性。进一步，步骤S8之后还包括步骤为：对砂卵石地层模型试验材料进行力学性能指标试验：(1)直剪试验，根据试验结果绘制抗剪强度线，得到制备材料的c、值，c为粘聚力，为内摩擦角，c、均为原型土的抗剪强度指标，结果为c＝0.3KPa，(2)根据压缩试验结果，得到制备材料的压缩模量Es＝2.44MPa，泊松比u＝0.21；且弹性模量E＝2～5Es，因此E＝4.88～12.2MPa。本专利技术的有益效果在于：本专利技术能制备按照实际砂卵石地层工程原型，以一定比例缩小而成的模型，用于观测模型的变形、位移和破坏等情况，据此分析现场实际工程，对于确定模型试验方案进而研究隧道开挖过程中砂卵石地层的变形规律具有重要意义。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术相似材料直剪试验曲线。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法，包括以下步骤：S1：根据试验量纲分析法确定砂卵石地层模型的相似关系为1:20；S2：根据砂卵石地层模型的相似关系得到长度、弹性模量、密度、泊松比、粘聚力、内摩擦角、应变和应力的相似比分别为：1:20、1:20、1:1、1:1、1:20、1:1、1:1、1:20；S3：根据砂卵石地层模型材料颗粒粒径乘以几何相似系数后与原型土的粒径分布曲线一致的要求、以及相似比确定砂卵石地层模型材料的理学指标目标值，选取砂卵石地层模型材料类型为玻璃珠、重晶石粉、石英砂和石膏；所述原型土的粒径分布曲线为：粒径2～20mm占25％，粒径20～60mm占45％，粒径大于60mm占15％，其余为砾砂与粉黏粒充填，局部含漂石；最大粒径为450mm；砂卵石地层模型材料类型为玻璃珠，粒径为2～3mm，用于模拟原型土中粒径60mm的粗颗粒；石英砂，粒径为1mm，用于模拟原型土中粒径20mm的粗颗粒；重晶石粉，用于调节材料容重；石膏，用于模拟原型土中粒径2mm以下颗粒及黏性。S4：确定砂卵石地层模型材料的配合比为：玻璃珠：石膏：重晶石粉：石英砂＝1:3:3:3；S5：按已确定的配合比，计算出各砂卵石地层模型材料的用量，采用电子天平进行称取，精度0.1g，放置于各自容器中；S6：将玻璃珠、重晶石粉、石英砂三种材料放入拌和容器，为保证材料均匀性，采用人工拌和方式，充分搅拌至均匀；S7：将石膏作为胶结材料放入拌和容器，充分搅拌，直至拌合物无明显小颗粒及起团现象出现；S8：将拌和容器中的拌和材料用保鲜膜包起来，置于环境干燥处5h，得到最终砂卵石地层模型试验材料。如图1所示，步骤S8之后还包括步骤为：对砂卵石地层模型试验材料进行力学性能指标试验：(1)直剪试验，根据试验结果绘制抗剪强度线，得到制备材料的c、值，c为粘聚力，为内摩擦角，c、均为原型土的抗剪强度指标，结果为c＝0.3KPa，(2)根据压缩试验结果，得到制备材料的压缩模量Es＝2.44MPa，泊松比u＝0.21；且弹性模量E＝2～5Es，因此E＝4.88～12.2MPa。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本专利技术进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本专利技术权利要求书所限定的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：根据试验量纲分析法确定砂卵石地层模型的相似关系；S2：根据砂卵石地层模型的相似关系得到长度、弹性模量、密度、泊松比、粘聚力、内摩擦角、应变和应力的相似比；S3：根据砂卵石地层模型材料颗粒粒径乘以几何相似系数后与原型土的粒径分布曲线一致的要求、以及相似比确定砂卵石地层模型材料的理学指标目标值，选取砂卵石地层模型材料类型为玻璃珠、重晶石粉、石英砂和石膏；S4：确定砂卵石地层模型材料的配合比为：玻璃珠：石膏：重晶石粉：石英砂＝1:3:3:3；S5：按已确定的配合比，计算出各砂卵石地层模型材料的用量，采用电子天平进行称取，精度0.1g，放置于各自容器中；S6：将玻璃珠、重晶石粉、石英砂三种材料放入拌和容器，为保证材料均匀性，采用人工拌和方式，充分搅拌至均匀；S7：将石膏作为胶结材料放入拌和容器，充分搅拌，直至拌合物无明显小颗粒及起团现象出现；S8：将拌和容器中的拌和材料用保鲜膜包起来，置于环境干燥处5h，得到最终砂卵石地层模型试验材料。

【技术特征摘要】
1.一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：根据试验量纲分析法确定砂卵石地层模型的相似关系；S2：根据砂卵石地层模型的相似关系得到长度、弹性模量、密度、泊松比、粘聚力、内摩擦角、应变和应力的相似比；S3：根据砂卵石地层模型材料颗粒粒径乘以几何相似系数后与原型土的粒径分布曲线一致的要求、以及相似比确定砂卵石地层模型材料的理学指标目标值，选取砂卵石地层模型材料类型为玻璃珠、重晶石粉、石英砂和石膏；S4：确定砂卵石地层模型材料的配合比为：玻璃珠：石膏：重晶石粉：石英砂＝1:3:3:3；S5：按已确定的配合比，计算出各砂卵石地层模型材料的用量，采用电子天平进行称取，精度0.1g，放置于各自容器中；S6：将玻璃珠、重晶石粉、石英砂三种材料放入拌和容器，为保证材料均匀性，采用人工拌和方式，充分搅拌至均匀；S7：将石膏作为胶结材料放入拌和容器，充分搅拌，直至拌合物无明显小颗粒及起团现象出现；S8：将拌和容器中的拌和材料用保鲜膜包起来，置于环境干燥处5h，得到最终砂卵石地层模型试验材料。2.根据权利要求1所述的一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述相似关系为1:20。3.根据权利要求1所述的一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：方林，曹鹏，吴梦军，郭鸿雁，丁浩，张琦，胡学兵，夏杨于雨，
申请(专利权)人：招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50