Ⅳ级软弱围岩相似材料的试验研究

摘要

以Ⅳ级围岩为参照对象,研制可用于隧道围岩稳定性物理模型试验的软弱围岩相似材料.采用的5种原材料(重晶石粉、石膏、细砂、洗衣液和水),通过直剪试验、无侧限抗压强度试验及三轴压缩试验测得所配相似材料的强度特征和物理力学参数,包括黏聚力c、内摩擦角φ、单轴抗压强度Rc、弹性模量E和泊松比v.首先,通过试验分析每种原材料的不同比例对所配相似材料强度特征及物理力学参数的影响,选择适合于模拟Ⅳ级围岩相似材料的原材料配比;其次,针对优选的材料配比所配制的相似材料,开展大量的三轴压缩试验,研究在不同围压下该相似材料的强度及其破坏特征.结果表明,含水率减少或石膏含量增加导致Rc、E和c明显增大,而φ降低不明显;增加砂含量可增大E和φ,但Rc值减少;石膏含量对相似材料的脆性和延性影响最明显,而含水率对相似材料的强度影响最为突出.试验结果还表明,相似材料在低围压时呈现脆性,在高围压时呈延性;就破坏准则而言,试验所得结果小于Mohr-Coulomb准则,略大于Hoek-Brown准则,但更符合Hoek-Brown准则.研制软岩相似材料的试验数据可为下一步拟开展的隧道围岩稳定性模型试验和数值模拟提供重要的参考和依据.