一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料配制方法技术

本发明专利技术公开了一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料及试验方法，该材料包括基体材料和膨胀材料，基体材料为骨料材料和胶结材料的混合物，骨料材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的主要材料，胶结材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的胶结固化材料，膨胀材料使得骨料材料和胶结材料混合后具有一定的膨胀性。本发明专利技术提供的材料是一种具有强度低、胶结差、膨胀率高的新型相似材料。

【技术实现步骤摘要】
一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料配制方法
本专利技术涉及一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料及试验方法，该材料适用于揭示巷道、隧道等地下工程围岩变形与破坏特征及矿压显现规律的相似模型试验，属于矿山与地下工程安全技术。
技术介绍
矿产资源支撑着国民经济的增长和社会发展，随着矿产资源的大规模开采，我国中东部矿产资源逐渐枯竭，矿井开采逐步向矿产资源储量丰富的内蒙古、宁夏、新疆等西部矿区转移。在我国西部矿区广泛分布着弱胶结岩石，其具有强度低、胶结差、易风化、遇水泥化等特点；由于弱胶结泥岩的特殊物理与力学性质，使得在进行矿山、水利、交通和建筑等工程设计时难以做出合理的评价，往往会引起工程延期、暂停运营、追加投资等，造成了巨大的经济损失。大量的工程实践表明，弱胶结软岩巷道的稳定性差，受开挖扰动影响大，这给巷道掘进施工、井下采矿等带来了困难。相似材料模型试验是揭示煤炭资源开采过程中岩层移动特征、巷道矿压显现规律和评价巷道支护效果的重要手段，而相似材料的配制是决定相似材料模型试验成败的关键。由于我国西部地区特殊的成岩过程与成岩条件，使得弱胶结岩石具有强度低(单轴抗压强度低于1MPa)、胶结差(泥质胶结，颗粒之间空隙大)、膨胀率高(黏土矿物成分含量，一般40％以上)等特点，弱胶结岩石的特殊物理与力学性质造成目前常采用的相似材料难以满足要求，若采用水泥、石灰等粉末状粘结性材料，可使得形似材料颗粒之间的胶结性好，强度相对高；若采用松香、石蜡等固体状粘结性材料(高温融化后使用)，可使得形似材料颗粒之间的胶结性好，强度相对降低。但是，两类材料均无法满足弱胶结岩石强度低、胶结差的特点。另外，弱胶结岩石的黏土矿物成分含量较高，即含有大量的蒙脱石、伊利石、高岭石，遇水后膨胀现象明显，现有相似材料无法表现这一现象，这就造成相似模型试验现象与实际工程情况不完全相符。综上所述，亟需研发一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料配制方法，为揭示弱胶结软岩地层巷道压力显现规律与优化巷道支护设计提供一种新型的模型试验材料，可为我国西部矿山的安全高效开采提供试验技术保障。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料及试验方法，该材料具有强度低、胶结差、膨胀率高的特征。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料，包括基体材料和膨胀材料，基体材料为骨料材料和胶结材料的混合物，骨料材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的主要材料，胶结材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的胶结固化材料，膨胀材料使得骨料材料和胶结材料混合后具有一定的膨胀性。具体的，所述骨料材料为河沙，河沙的粒径为0.1～0.2mm；所述胶结材料为石膏和碳酸钙的混合物，石膏和碳酸钙的质量比为1:1～1:2；所述膨胀材料为蒙脱石、伊利石、高岭石中的一种或两种以上的混合物；所述骨料材料、胶结材料和膨胀材料的掺量按照弱胶结软岩的强度与膨胀性进行配比设计，一般胶结材料的质量为骨料材料的5～25％，膨胀材料的质量为骨料材料质量的10～50％，膨胀材料的体积膨胀率为0～300％。一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的试验方法，包括如下步骤：步骤一：先将骨料材料、胶结材料和水按照实际工程弱胶结软岩的强度进行配比试验，确定最优的掺加比例；然后根据实际工程弱胶结软岩的膨胀性，通过开展逐步添加膨胀材料的方法，确定膨胀材料的掺加量；最后将确定好配合比的骨料材料、胶结材料、膨胀材料和水倒入搅拌机内混合，搅拌均匀后形成低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料；步骤二：将低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料按照预先设计的分层位置，逐层铺设到相似模型试验台中；待铺设完成后，在相似模型试验台的外侧面涂抹抗磨型润滑油并铺设聚四氟乙烯板进行减摩处理；步骤三：启动液压加载装置对相似模型试验台内的低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料进行加载试验，同时进行巷道围岩变形与应力信息的采集。有益效果：本专利技术提供的低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料及试验方法，提供的材料是一种具有强度低、胶结差、膨胀率高的特征，提供的方法适用于揭示弱胶结软岩地层巷道压力显现规律的相似模型试验。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料，包括基体材料和膨胀材料，基体材料为骨料材料和胶结材料的混合物，骨料材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的主要材料，胶结材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的胶结固化材料，膨胀材料使得骨料材料和胶结材料混合后具有一定的膨胀性。具体的，所述骨料材料为河沙，河沙的粒径为0.1～0.2mm；所述胶结材料为石膏和碳酸钙的混合物，石膏和碳酸钙的质量比为1:1～1:2；所述膨胀材料为蒙脱石、伊利石、高岭石中的一种或两种以上的混合物；所述骨料材料、胶结材料和膨胀材料的掺量按照弱胶结软岩的强度与膨胀性进行配比设计，一般胶结材料的质量为骨料材料的5～25％，膨胀材料的质量为骨料材料质量的10～50％，膨胀材料的体积膨胀率为0～300％。一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的试验方法，包括如下步骤：步骤一：先将骨料材料、胶结材料和水按照实际工程弱胶结软岩的强度进行配比试验，确定最优的掺加比例；然后根据实际工程弱胶结软岩的膨胀性，通过开展逐步添加膨胀材料的方法，确定膨胀材料的掺加量；最后将确定好配合比的骨料材料、胶结材料、膨胀材料和水倒入搅拌机内混合，搅拌均匀后形成低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料；步骤二：将低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料按照预先设计的分层位置，逐层铺设到相似模型试验台中；待铺设完成后，在相似模型试验台的外侧面涂抹抗磨型润滑油并铺设聚四氟乙烯板进行减摩处理；步骤三：启动液压加载装置对相似模型试验台内的低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料进行加载试验，同时进行巷道围岩变形与应力信息的采集。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料，其特征在于：包括基体材料和膨胀材料，基体材料为骨料材料和胶结材料的混合物，骨料材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的主要材料，胶结材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的胶结固化材料，膨胀材料使得骨料材料和胶结材料混合后具有一定的膨胀性。

【技术特征摘要】
1.一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料，其特征在于：包括基体材料和膨胀材料，基体材料为骨料材料和胶结材料的混合物，骨料材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的主要材料，胶结材料为该低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料的胶结固化材料，膨胀材料使得骨料材料和胶结材料混合后具有一定的膨胀性。2.根据权利要求1所述的低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料，其特征在于：所述骨料材料为河沙，河沙的粒径为0.1～0.2mm；所述胶结材料为石膏和碳酸钙的混合物，石膏和碳酸钙的质量比为1:1～1:2；所述膨胀材料为蒙脱石、伊利石、高岭石中的一种或两种以上的混合物；胶结材料的质量为骨料材料的5～25％，膨胀材料的质量为骨料材料质量的10～50％，膨胀材料的体积膨胀率为0～300％。3.一种低强...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，孟庆彬，陈勇，郝志华，蔚立元，李兵，何明，
申请(专利权)人：中国矿业大学，中核第四研究设计工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32