【技术实现步骤摘要】
一种模拟碳酸岩地质力学模型的相似条件及相似材料配比确定方法
本专利技术属于工程建设中相似模拟材料领域，涉及一种用于模拟不同风化状态碳酸岩的地质力学模型技术，具体涉及一种模拟碳酸岩地质力学模型的相似条件及相似材料配比确定方法。
技术介绍
目前我国大部分地区沉积岩的分布范围较广，其中位于浅层的泥灰岩由于所处的地质环境不同，此种岩石表现出的力学性质也不尽相同，尤其在风化程度、厚度、承载力等方面差异较大，对工程建设带来非常不利的影响，各层岩体风化程度不同使得基础承载力难以定性定量分析，这一问题也成为地质力学模拟实验的主要研究内容，因此需要有合适的模型材料来模拟不同风化程度的泥灰岩以便进行上述相关的研究。武汉大学韩伯鲤等研制的MIB材料、清华大学李仲奎等研制的NIOS材料、山东大学张强勇等研制的IBSCM材料等。现有材料存在的问题：在材料配置中，一些材料本身带有一定毒性，危害试验研究人的身体健康；在模型材料制作中工艺复杂，对材料要求严格，使得制作成本大大增加；配比材料种类过多使得模拟材料稳定性大大降低；对于同种岩石不同物理状态...
【技术保护点】
1.一种模拟不同风化状态碳酸岩地质力学模型的相似条件确定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、几何相似，根据相似第一定理将原型的尺寸按照一定比例缩小做成试验模型尺寸，以角标H表示原型、角标M表示模型、α表示原型与模型各物理量之间的相似比例，几何相似需满足以下条件：/n
【技术特征摘要】
1.一种模拟不同风化状态碳酸岩地质力学模型的相似条件确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、几何相似，根据相似第一定理将原型的尺寸按照一定比例缩小做成试验模型尺寸，以角标H表示原型、角标M表示模型、α表示原型与模型各物理量之间的相似比例，几何相似需满足以下条件：
上式中：αL-长度相似常数，αA-面积相似常数，αV-体积相似常数，对于岩土工程与水利工程结构的模拟，定性模型的几何尺寸其相似常数αL通常为100至200，而定量模型的αL需取20至50；
步骤2、物理相似，岩溶地区的桩基采用嵌岩桩，通过对岩石变形特性及破坏机制进行分析，确定岩溶区桩基持力层的安全厚度，在考虑溶洞自重及强度条件下，确定相似材料的物理相似条件，该步骤还包括以下三个子步骤：
步骤2.1、弹性范围内不考虑自重时的相似条件
不考虑岩体自重时，主要的物理相似常数为：
上式中：ασ-应力相似常数；αE-弹性模量相似常数；
根据原型与模型中应力-应变曲线应当用同一方程表示的要求，有：
上式中，εH、εM分别为原型和模型的应变，将EH＝αEEM，αH＝ασσM，εH＝αεεM代入公式(4)，可将公式(4)改写为：
使公式(5)和公式(6)相等，则有相似指标：
由于ε是无量纲的，应变相似常数αε＝1，则有：
αE＝ασ公式(8)
不计自重的情况下，应力相似常数可随意选取；
步骤2.2、弹性范围内考虑自重时的相似条件
考虑岩土自重时，相似常数还应包括：
上式中，αγ是容重相似常数，γH、γM分别为原型和模型的容重；
根据弹性力学原理和相似原理，原型和模型需满足平衡方程和变形协调方程，可求得相似指标为：
同时还应满足公式(8)，其中S为常数；
步骤2.3、泥灰岩相似材料的相似条件
相似模拟试验中，需要获得溶洞顶板的极限承载力，所以主要的相似常数除了满足公式(8)、公式(9)和公式(10)，还要满足强度的相似要求，试验中只考虑抗压强度，强度极限与应力的量纲一致，选择模拟材料的强度指标时，可以根据下式换算：
公式(11)中，[σC]H、[σC]M分别为原型和模型的抗压强度，其他参数物理意义同上，同样，内聚力C与应力的量纲一致，选择模型材料的内聚力时，可根据下式换算：
公式(12)中，[C]H、[C]M分别为原型和模型的内聚力，其他参数物理意义同上；
内摩擦角是无量纲的，相似指标需满足：内摩擦角相似常数
综上，岩溶桩基相似模拟实验中，泥灰岩相似材料相似指标需满足：
2.一种模拟不同风化状态碳酸岩的地质力学模型相似材料配比确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据原型岩体风化程度，将其分为强风化泥灰岩、中风化泥灰岩和弱风化泥灰岩三种类型，根据每种类型的原型岩石力学参数和相似条件计算出目...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永莉，周文佐，郭斌，肖衡林，马强，何俊，陶高梁，万娟，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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