模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料及其制备方法，骨料为重晶石粉和石英砂，膨胀性材料为蒙脱石粉，胶结剂为松香粉的酒精溶液，重晶石粉占总料比重15~72%，石英砂占总料比重15~58%，蒙脱石粉占总料比重5~17%，松香粉占总料比重3~10%。包括的步骤：（1）根据原状土情况确定土的相关物理指标；（2）依据各组分重量配比，并按重量配比称取原料，并配制松香酒精溶液。将重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉在容器中搅拌均匀形成混合粉料；向混合粉料中加入松香酒精溶液，再次搅拌，得到所需的相似材料，将相似材料制样、烘干后用于实验。优点：原料廉价易得，配制方便，易于加工成型，性质稳定，可模拟的泥岩种类较多。

Similar materials and preparation method of weak swelling mudstone for simulating high speed railway subgrade

The invention provides a similar material for simulating weak expansion mudstone of high-speed railway subgrade and a preparation method thereof. The aggregate is barite powder and quartz sand, the expansive material is montmorillonite powder, the binder is alcohol solution of rosin powder, the proportion of barite powder to the total material is 15-72%, the proportion of quartz sand to the total material is 15-58%, the proportion of montmorillonite powder to the total material is 5-17%, and the proportion of rosin powder to the total material is 3-10%. The steps are as follows: (1) determine the relevant physical indexes of soil according to the situation of undisturbed soil; (2) weigh the raw materials according to the weight ratio of each component, and prepare rosin alcohol solution. Mix barite powder, quartz sand and montmorillonite powder in a container to form a mixed powder; add rosin alcohol solution to the mixed powder, and mix again to obtain the required similar materials, and use the similar materials for the experiment after sample preparation and drying. Advantages: the raw material is cheap and easy to obtain, the preparation is convenient, it is easy to process and shape, the property is stable, and there are many types of mudstones that can be simulated.

【技术实现步骤摘要】
模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料及其制备方法
本专利技术属于岩土工程领域，涉及相似材料配制技术。
技术介绍
目前国内外针对高速铁路无碴轨道路基膨胀性泥岩引起上拱变形的理论、试验研究基本处于空白。此外，在高速铁路无砟轨道施工过程及规范中仅提到沉降变形限制和应对措施，但路基微小的上拱量也会对高速列车运行带来难以估量的风险，且在实际工程中，高速铁路对轨道路基上拱变形量的要求极小。相似材料配比试验是按一定物理性质、力学性质、膨胀性等方面进行模拟原状土，并根据研究成果模拟原状土实际情况的研究试验方法。相似材料试验是一种科学的研究手段，且在室内进行研究分析，便于规律性研究和重复性对比试验，相比于数值模拟方法而言有更接近于实际工程变形的优点。为达到制作相似材料试验成功的目的，相似材料必须满足以下要求：（1）需要性质稳定，减少外界条件干扰的情况下测数据，解决现场取原样困难、成本较高的问题。（2）选取的材料易于满足微膨胀性岩土主要性能，且材料易得、量足、成本较低。（3）对周边环境污染小或无污染。
技术实现思路
本专利技术提供一种能最大程度满足相似试验要求以模拟弱膨胀泥岩的相似材料、配制方法及配比公式，有效解决了相似材料不具备多特征相似的问题，同时也解决了现场原位试验的不可实施性和不经济性，并可指导相关科研试验中的弱膨胀性泥岩相似材料的配制。本专利技术技术方案为达到上述目的，总体思路如下：本专利技术研制的新型材料与高速铁路路基弱膨胀性泥岩的多种主要物理指标力学特征同时相似，解决了相似材料不具备多特征同时相似的技术难题，使得在高速铁路弱膨胀性泥岩路基三维模型试验中相似材料更接近实际原状土的特征，有利于通过室内模型试验研究力学规律，对于三维物理模型试验研究高速铁路路基弱膨胀性泥岩上拱理论、机制等具有重要意义。本专利技术的技术方案是：一种模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料，包含有骨料、膨胀性材料、胶结剂。其中骨料为重晶石粉和石英砂，膨胀性材料为蒙脱石粉，胶结剂为松香粉的酒精溶液，重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉、松香粉是固体性物料，称重配料，在不考虑酒精重量时，各组分重量百分比如下：重晶石粉占总料比重15~72%，石英砂占总料比重15~58%，蒙脱石粉占总料比重5~17%，松香粉占总料比重3~10%；松香粉需溶解在酒精中，与骨料和膨胀性材料混合。松香粉的酒精溶液所用酒精是95％乙醇，松香粉粒度小于0.25mm，松香粉与95％乙醇的质量比为1：3。重晶石粉粒度小于0.5mm，石英砂粒度小于0.5mm，蒙脱石粉粒度小于0.5mm。一种模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料的制备方法，包括以下步骤：（1）根据原状土实际情况确定土的相关物理指标，包括干密度、饱和吸水率、无荷膨胀率、膨胀力；（2）依据下面的公式计算得到各组分重量配比，并按重量配比称取重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉、松香粉，并配制松香酒精溶液；干密度g/cm³：Y1=0.003X1+0.001X2+1.903饱和吸水率/%：Y2=0.764X1+0.001X2+0.645X3-4.627无荷膨胀率/%：Y3=1.112X1+0.150X2-0.198X3-7.816膨胀力/kPa：Y4=16.971X1+0.097X2-7.048X3+8.339注:蒙脱石粉占料总比为X1、重晶石粉占骨料总比为X2、骨胶比为X3；骨胶比指骨料（重晶石粉、石英砂）与胶结材料（松香粉）的质量比，石英砂作为调节骨胶比的材料进行加入量调整；（3）将重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉在容器中搅拌均匀形成混合粉料；（4）向步骤（3）得到的混合粉料中加入松香酒精溶液，再次搅拌直至均匀，得到所需的相似材料，将相似材料制样、烘干后用于实验。进一步的：①根据已知原状土的物理力学指标，可以反配相似材料，进而可通过室内高速铁路路基模型试验研究若膨胀性泥岩的上拱变形机制，克服现场原位试验的不可实施性及及经济性，②根据现有弱膨胀性泥岩相似材料配比，进一步指导强膨胀土、中强膨胀土及不同膨胀力下的相似材料配制。本专利技术具有的优点：原料廉价易得，配制方便，易于加工成型，性质稳定，可模拟的泥岩种类较多等。能够准确满足较弱膨胀泥岩更低膨胀性标准的要求，尤其为针对高速铁路无碴轨道路基膨胀性泥岩引起上拱变形的理论、试验研究提供了途径。具体实施方式一种模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料，包含有重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉、松香粉。重晶石粉和石英砂作为骨料，蒙脱石粉作为膨胀性材料，松香粉作为胶结剂。重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉各组分重量百分比如下：重晶石粉占总料比重15~72%，重晶石粉过直径0.5mm筛，取筛下物；石英砂占总料比重15~58%，石英砂过直径0.5mm筛，取筛下物；蒙脱石粉占总料比重5~17%，蒙脱石粉过直径0.5mm筛，取筛下物；松香粉占总料比重3~10%；将松香研磨成粉，用直径0.25筛网过筛，取筛下物得松香粉。胶结剂（松香粉）需溶解在酒精中，与骨料和膨胀性混合，进行相似材料的配制。松香酒精溶液所用酒精是95％乙醇，松香粉与95％乙醇的质量比为1：3。相似材料的制备：（1）根据原状土实际情况确定土的相关物理指标，如密度、饱和吸水率、无荷膨胀率、膨胀力等。（2）根据步骤（1）定的物理指标按照各物理指标经验公式（见表1）计算相应的重量配比称取重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉、松香粉，并配制松香酒精溶液。（3）将重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉在容器中搅拌均匀形成混合粉料。（4）向步骤（3）得到的混合粉料中加入松香酒精溶液，再次搅拌直至均匀，得到所需的相似材料。取相似材料120g，用直径6.18cm、高2cm的环刀将相似材料制备环刀试样，用手动重型击实仪分4层压实成型。击实完成后，将击实的环刀试样和剩余的粉末试样置于80℃的烘箱，在烘箱放置24h。当质量不再改变时，表示酒精完全挥发。即试样制作完毕。下面以新疆哈密地区兰新二线高铁膨胀地基段弱膨胀性泥岩相似性试验为例，说明本相似材料的性能。新疆哈密地区原状土相关物理指标见表2所示。根据原状土物理力学指标计算相似材料的合理组分配比，该相似材料最优组分配比见表3。根据表3制作1、2、3组平行试样，用岩土领域测量方法测定相似材料试样的物理指标，结果如表4所示，。由上述实例可知：（1）从表2、表4新疆哈密地区兰新二线高铁膨胀地基段弱膨胀性泥岩原样土与相似材料试样进行干密度、饱和吸水率、无荷膨胀率、膨胀力比对，可以看出相似材料试样与原样土在物理性质、膨胀性和物理力学性质方面基本相似。由此可得，相似材料满足模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的要求。（2）本专利技术能够准确配制出满足弱膨胀泥岩模型试验要求的相似材料，并且能够为针对高速铁路无碴轨道路基膨胀性泥岩引起上拱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料，其特征在于包含有骨料、膨胀性材料、胶结剂，其中骨料为重晶石粉和石英砂，膨胀性材料为蒙脱石粉，胶结剂为松香粉的酒精溶液，重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉、松香粉是固体性物料，称重配料，在不考虑酒精重量时，各组分重量百分比如下：/n重晶石粉占总料比重15~72%，/n石英砂占总料比重15~58%，/n蒙脱石粉占总料比重5~17%，/n松香粉占总料比重3~10%；/n松香粉需溶解在酒精中，与骨料和膨胀性材料混合。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料，其特征在于包含有骨料、膨胀性材料、胶结剂，其中骨料为重晶石粉和石英砂，膨胀性材料为蒙脱石粉，胶结剂为松香粉的酒精溶液，重晶石粉、石英砂、蒙脱石粉、松香粉是固体性物料，称重配料，在不考虑酒精重量时，各组分重量百分比如下：
重晶石粉占总料比重15~72%，
石英砂占总料比重15~58%，
蒙脱石粉占总料比重5~17%，
松香粉占总料比重3~10%；
松香粉需溶解在酒精中，与骨料和膨胀性材料混合。


2.根据权利要求1所述的模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料，其特征在于松香粉的酒精溶液所用酒精是95％乙醇，松香粉粒度小于0.25mm，松香粉与95％乙醇的质量比为1：3。


3.根据权利要求1所述的模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料，其特征在于重晶石粉粒度小于0.5mm，石英砂粒度小于0.5mm，蒙脱石粉粒度小于0.5mm。


4.一种模拟高速铁路路基弱膨胀泥岩的相似材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽娜，张戎令，王起才，张唐瑜，吴志恒，姚家辉，何恩霖，王文婷，张雪君，李佳敏，王斌文，马越，马丽国，陈鹏亮，袁欢，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62