岩质相似材料配比的正交试验研究

摘要

为研究模型试验中岩质相似材料的选择和配比问题,基于正交试验设计方法,选取重晶石粉、石英砂、细砂为骨料,石膏和水泥为黏结剂,设置(重晶石粉+细砂)/骨料、细砂/(重晶石粉+细砂)、(石膏+水泥)/固体、水泥/(石膏+水泥)质量比4个控制因素,每个因素4个水平,共计16组试验方案。通过室内试验,得到不同相似配比下相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等力学参数指标。试验结果表明:相似材料和岩质材料的全应力-应变曲线以及单轴压缩试验的典型破坏形态基本吻合;相似材料密度分布较均匀,抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角分布广泛,达到了模型试验中对岩质相似材料的要求。采用极差分析法和方差分析法对影响材料性质的不同因素进行分析得出,影响密度、抗压强度、弹性模量、黏聚力的主控因素均为黏结剂中水泥的含量,内摩擦角主要受重晶石粉和细砂在骨料中所占比例的控制。研究结果可为后续地质力学模型中岩质相似材料的选取提供一定的理论依据和实践操作经验。