相似材料

摘要： 为研究煤岩层与隐蔽地质异常体地球物理响应特征,本文基于矿井工作面煤岩层结构设计,构建煤岩隐蔽致灾异常体实体1∶1大型物理模型进行模拟实验。采用煤粉、砂石、水泥等材料通过正交试验方法对新元矿的煤层、顶底板、陷落柱和断层等进行相似材料配比与制作工艺实验以及物性参数实验测试,并将获得的波速、电阻率、介电常数等物性参数实验数据与原煤样及现场综合探测结果对比分析,最终确定物理模型各地质构造单元的最优施工配比;煤层模拟选用煤粉、砂和水泥含量分别为55%、10%和25%;顶板选择砂胶比为3,石膏水泥比为2∶8的配比;底板选择砂胶比为2.5,石膏水泥比为3∶7的配比;陷落柱选用砂57.5%、煤10%、石膏4.5%、水泥18%的实验配比。研究结果为实验室矿井探测装备技术实验平台建设提供数据支撑。

摘要： 以郭屯煤矿4307工作面厚表土厚坚硬顶板切顶留巷的实际情况,首先用相似材料模拟了厚表土厚坚硬顶板侧向覆岩结构的演化规律,随着工作面长度不同呈现出“L”型、“三角形”和“类三角形”等悬臂梁结构,由于厚表土位于3;煤覆岩裂隙带之上的弯曲下沉带内,厚表土作为给定载荷对覆岩运动影响较小。厚坚硬顶板悬臂梁厚度大、悬臂长,对沿空留巷影响大。对于此种情况下的留巷,提出了“充得满”“切得下”“非对称”支护和“挡得住”四项关键技术,并根据4307工作面实际情况对以上关键技术进行了设计,确定了设计参数。现场实践表明,工作面后方沿空留巷可分成三带,滞后工作面30m之内的变形平缓带,30~100m为变形快速带,100~240m为逐渐稳定带。实体帮和底鼓量变形较大,顶板和矸石帮变形较小。4307轨道平巷留巷稳定后,较原断面收缩约22.1%,留巷收缩后的断面基本满足回采复用要求,取得了较好的应用效果。

摘要： 为研究吸附性类煤岩材料的超声波传播特性,采用正交设计方法,选取硅胶含量、水泥含量、石膏含量、骨胶比作为影响因素,得到25组吸附性类煤岩材料的波速变化规律。采用方差分析获得各因素的敏感性,运用SPSS对试验结果进行多元线性回归分析,研究显著因素对吸附性类煤岩材料孔隙结构的影响规律。结果表明:随着试件中胶结剂含量的增加,超声波速最终呈现增大的现象,其波速增幅极值为0.2016 km/s;随着试件中吸附剂含量的增加,试件的超声波速呈现减小的现象,其波速减幅极值为0.6702 km/s,且类煤岩材料试件中吸附剂占比对试件超声波速影响更为强烈。针对多因素不同水平的正交试验结果应用多元线性回归分析可以建立吸附性类煤岩材料超声波传播特性的回归方程模型,得到影响吸附性类煤岩材料的显著性因素,能够明晰类煤岩材料孔隙结构变化特征,为开展“固-气”耦合物理相似模拟试验提供一定的实验基础。

摘要： 为确定长江阶地粉质黏土相似材料配比方案,本文研究原材料间配比关系。基于三因素三水平正交试验设计方法,以滑石粉、膨润土、石英砂和水为原料,配置基坑模型试验粉质黏土相似材料,通过剪切试验获取九组配比方案的黏聚力和内摩擦角两个物理力学指标,采用极差法和方差法分析各因素的敏感性与显著性,研究滑石粉、膨润土、石英砂以及水含量对黏聚力和内摩擦角的影响规律。结果表明:极差法与方差法分析结果具有一致性,两种方法能合理判断各因素对考察指标的敏感性与显著性;膨润土掺量虽少,但对粉质黏土的黏聚力有很大程度的影响,其次为滑石粉含量,当滑石粉含量增多时,相似材料黏聚力逐渐增大;滑石粉含量为相似材料内摩擦角的主要控制因素。试验方法和结果可为其他模型试验中土质相似材料的配比提供参考。

摘要： 为了揭示煤岩动力灾害物理模拟的细观损伤机制,利用YYW-Ⅱ单轴压缩试验仪及PCIE-8声发射(AE)监测系统,探究了含不同长度预制单裂隙的砂岩相似材料试样在单轴压缩条件下的力学特性、破坏特征和损伤演化特性。结果表明:随着预制单裂隙长度的增加,试样的峰值强度和残余强度近似线性减小,分别由746.84 kPa和199.117 kPa减小至597.643 kPa和110.375 kPa,而峰值轴向应变和初始压密阶段应变近似线性增大,分别由0.01818和0.00240增大至0.02361和0.00532;预制裂隙对试样破坏形式及特征的影响增大,试样的主导破坏形式逐渐由剪切破坏,经剪切张拉复合破坏,演变为贯穿裂隙中部的纵向张拉破坏;试样的声发射(AE)事件累计和能量累计均呈逐渐减小的趋势,分别由465和82278 J减小至306和54152 J,AE事件活动逐渐减弱;试样损伤演化经历了初始损伤累积、损伤稳定发展和损伤加速发展3个阶段,稳定发展和加速发展阶段损伤增大,分别由0.621和0.734增大至0.655和0.817,预制单裂隙对试样损伤演化在加速发展阶段的影响大于稳定发展阶段,各试样的最大损伤变量差值在损伤稳定发展阶段和损伤加速发展阶段分别为0.017和0.042;相似材料在受载过程其力学、声发射、损伤特征具有较强的相关性,力学变化引发了损伤变化,而损伤变化又与声发射参数的变化具有较强的因果关系,AE事件特征参数可准确描述相似材料的损伤破坏特性。

摘要： 采用相似材料模型的试验方法,对高地应力条件下V级围岩隧道开挖变形规律进行研究。对模型加载完成后,测得V级围岩相似材料中围岩的水平应力为垂直应力的2倍,即侧压力系数为2,可以用来模拟高地应力。在高地应力条件下V级围岩隧道开挖过程中,隧道周边围岩应力随着隧道的开挖,围岩应力不断释放减小,其中围岩水平方向的应力释放速率较垂向应力释放速率快;同时衬砌拱腰上的压应力随隧道开挖不断增大,衬砌拱腰上压应力最大,拱顶应力由压应力逐渐变为拉应力。在整个隧道的开挖过程中隧道衬砌最大变形出现在隧道中间段,衬砌拱顶向外变形最大值为0.11 mm,拱腰向内变形最大值为0.7 mm。

摘要： 为使哈尔滨地铁开挖支护模型试验更具可信度,选择与工程实际相符的相似材料尤为重要。因此,运用相似理论,计算出各主要的物理量的相似比,确定了超前小导管、喷射混凝土及钢架的相似材料及其配比。计算结果表明:当以几何相似比25∶1、容重相似比1∶1为基础相似比时,所确定的相似材料可准确模拟实际工程中材料的物理特性,提高了模型试验结果的真实性。

摘要： 深部隧道岩爆已成为影响工程安全施工的重要危险源,室内模拟实验是研究深部岩爆问题的重要手段之一。为研究岩爆倾向性较高的模型,使用石英砂、水泥、石膏等材料进行配置,设计正交试验方案,进行力学试验,依据岩爆倾向性指数及脆性指标,利用试验试件参数进行有限元模拟,对室内试验进行验证。结果表明,配比为石英砂55%、石膏水泥比2.5∶1、松香4%、水含量23.3%的2号试件具有比其他两组试件更强的脆性,配比为石英砂70%、石膏水泥比1.5∶1、松香3.5%、水含量20.6%的16号试件具有更强的岩爆倾向性。以2号试件为例进行数值模拟,两者数据拟合较好,模拟现象与试验现象相吻合,可为岩爆室内试验及模拟提供参考。

摘要： 采用正交试验设计方法,在室内对弱膨胀性泥岩进行相似材料模拟配比试验。根据弱膨胀性泥岩的特性,以蒙脱石、重晶石粉、骨胶比为主要试验因素,取每种试验因素的水平数均为5,共设计25组材料模拟配比进行室内试验,可得到不同配比下相似材料模拟泥岩的干密度、饱和吸水膨胀率、无荷膨胀率、膨胀力等物理力学参数指标,并采用极差分析法(R法)对每种配比下各试验因素进行敏感性分析,得到各试验因素水平变化时对相似材料模拟泥岩的物理力学参数的影响规律。在此基础上借助SPSS软件构建数学模型得到相似材料模拟泥岩的各物理力学参数指标的多元线性回归方程,从而确定泥岩相似材料的最优配合比。结合在建工程现场实际,对模拟泥岩正交试验结果的敏感性分析规律方程进行修偏,最终确定了哈密地区弱膨胀性泥岩相似材料模拟的最优配比。该研究思路及方法可为类似模型试验中相似材料的选取与制作提供一定的理论依据与借鉴指导。

摘要： 针对岩质边坡不良地质体渐进破坏,开展模型试验中泥岩相似材料的试验,参考学者们已有的研究经验,选用两种配合比进行试配。第一组:铁精粉、重晶石粉、石英砂、橡胶粉及松香酒精;第二组:铁精粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉和水。通过测试密度、抗压强度及变形模量发现第一组相似材料各指标与目标值均相差甚远,而第二组相似材料,需至少养护7 d,除密度外其余指标均在目标值范围。参照第二组配比,通过二次试验,重点调整铁精粉、重晶石粉掺量,两种材料质量占比约为65%~72%。另外加入适量甘油,得到了满足泥岩相似材料各项指标的配合比,试验结果能为制备泥岩相似材料时提供一定的借鉴。

摘要： 随着相似材料越来越多的用在动力学模型试验中,其动态力学参数的测试和研究显得尤为重要.相似材料是软弱材料,其强度远低于原岩和混凝土,其波阻抗远低于Kolsky杆(分离式霍普金森压杆,缩称:SHPB)通常所采用的钢杆或铝杆,因而无法利用应变量测系统进行动态力学测试.本文利用PVDF压电薄膜传感器改进SHPB装置上的压力量测系统,通过直接测量试件端面应力的思路,采集到相似材料的动态压力信号,得到了相似材料在不同应变率下的全应力应变曲线、动态弹性模量、动态峰值强度.

摘要： 运用岩石力学、流体力学等理论,利用自行改进的YYW-Ⅱ-EX型压力仪及研发的单轴渗透性测试装置,对比不同原材料配比制作的试件开展抗压强度及渗透特性开展对比分析,最终确定以沙子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂,水作为溶剂的配比组合,并对不同配比试件的抗压强度及渗透性影响因素开展实验研究,实验结果表明:AC-SW-SGC相似材料(A:淀粉,C:水泥,S:沙子,W:水,S:固体,G:瓦斯气体,C:耦合)在满足与岩石力学特性相似的基础上,其渗透率较固相材料试件及原始固气耦合材料的渗透速度平均分别下降了91.61％及68.29％;通过实验分析得出不同胶骨比及淀粉含量与试件抗压强度及渗透率之间的定量化表征方程,为开展物理相似模拟实验提供理论依据.

摘要： 为研究饱和黏土地基土体在荷载作用下发生变形时污染物迁移问题,根据正交试验方法,研制出一种兼顾土体力学性质和水理性质的土体相似材料,该材料以煅烧高岭石黏土和砂土混合物为骨料,以硅油和凡士林为胶结材料按照一定配比均匀制作而成.以砂土比、骨胶比和硅凡比作为影响试验的三个因素,对其变形性能(压缩模量Es)、强度特性(内摩擦角Φ与粘聚力c)以及水理特性(渗透系数k)进行正交试验研究.试验表明,砂土和高岭石黏土作为骨料,其比例关系直接影响到相似材料各方面性质.硅油作为胶结材料对相似材料渗透系数影响很大,而凡士林对变形特性与粘聚力有较大影响.通过对相似材料压缩模量、内摩擦角和粘聚力的测定,按照传统土力学地基计算方法,可以保证该土体在满足一定变形条件下不发生塑性破坏.同时通过对渗透系数的测定,确保相似材料与真实土体有相同的渗透特性,为今后隧道和地下等工程中饱和黏土地基中污染物迁移室内模型试验提供可靠的相似材料.

摘要： 在固体相似材料研究的基础上,利用"固-流"耦合相似理论,得出适用于煤岩瓦斯"固-气"耦合的相似条件.选用沙子为骨料,石蜡和油为胶结剂,研制出一种适用于开展"固-气"耦合模拟实验的材料.通过大量实验,对相似材料的抗压强度、脆性参数、渗透速率等物理力学进行了测试,并利用自行研制的渗透性测试装置,对不同含量胶结剂的相似材料试件渗透性进行了测试.结果表明,石蜡含量不断增大,材料抗压强度随之增大,渗透性逐渐减小;含油量的变化,消除了单纯使用石蜡时,材料抗压强度变化强烈的不足.合理调节二者之间的比例,可以模拟多种不同强度、不同渗透性的岩石.在力学参数满足模拟岩石的前提下,将研制出的新材料与原始的固相相似材料进行了渗流速度对比实验分析,得出所研制的材料能较大程度的降低气体在其中的渗流速度,并将该材料应用于煤层开采模型实验,有效的揭示了瓦斯渗透速率与上覆岩层运动之间的关系,通过将研究结果应用于山西天池煤矿进行瓦斯抽采,得到将瓦斯抽采系统布置在采动裂隙区中,能够对卸压瓦斯进行高效抽采.

摘要： 相似材料模拟实验是一种广泛应用于采矿工程领域的科学研究方法，采用正交设计方法,对以河砂为骨料,石膏和碳酸钙为胶结料组成的相似材料配比进行了试验研究.试验设计时仅研究砂胶比、胶结物比例和风干时间三个主要因素对相似材料物理力学参数的影响,通过试验获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、弹性模量等参数,并得出各参数在不同因素影响下的变化规律.结果表明:不同配比相似材料的物理力学参数可调范围较大,能满足不同比例的模拟试验对相似材料的要求.这不仅为模拟实验中相似材料配比的选取提供了科学依据,同时对相似材料模拟试验实现定量化和可重复性具有一定的参考价值和指导意义.

摘要： 地质力学模型试验是一种形象、直观的岩体物理力学性质研究方法,被广泛地应用于国内外岩土工程界.在地质力学模型试验中,如何快速、准确地选择材料的配比是成功模拟原型的关键.随着动力学模型在地质力学模型试验中的应用越来越广泛,对相似材料配比的研究也应从静力学方法向动力学方法转变.相似材料由骨料与胶结物混合而成,两者的含量变化是影响相似材料性质的重要参数.本文选择以河砂为骨料,石膏和水泥为胶结物,采用弹性波速测量和单轴抗压试验的方法,研究了不同配比条件下材料的物理、力学性质的变化规律.实验结果表明:单独以水泥或石膏作为胶结物时,在骨料与胶结物总量不变的情况下,试件的质量及动、静弹性模量随砂胶比的增大呈先增大后减小的变化;以水泥和石膏混合作为胶结物时,在砂胶比与胶结物总量不变的情况,试件的动、静弹性模量随石膏和水泥用量比的增加呈先减小后增大的变化.

摘要： 位移测量是相似材料模型试验的主要观测内容,传统的观测方法通常是物理测量或机械测量方法,存在观测装置或传感器安装麻烦、工作量大、采样点有限等缺点.本文将工业摄影测量技术应用在相似材料模型试验的变形测量中,试验表明:该技术具有布设简单、测量精度高、瞬间获取数据量大、全自动化、非接触、实时测量等优点.

摘要： 为了研究岩土体内部变形,采用一种以透明硅胶作为骨料,液体石蜡和正十三烷烃(C13H28)在一个合适的配合比下的混合溶液作为胶结料的软岩相似材料,进行三轴压缩试验,同时在试验过程中采集试样变形图片.获得了透明相似材料三轴压缩下的力学特性,论证了该透明相似材料可以用于模拟软岩.同时采用数字照相量测技术获取了不同固结压力下的试样的内部变形特性,证明了这种材料可以用于模拟研究岩体内部变形.

摘要： 针对传统相似材料模型实验观测方法存在工作量大、数据处理复杂的问题,本文在多次实验的基础上提出了一种应用三维激光扫描技术对相似材料模型进行观测的新方法.对扫描的点云数据进行特征点提取,并采用Matlab平台基于布尔莎七参数坐标转换模型开发的观测数据后处理软件实现扫描数据坐标的转换,提高了观测的速度以及数据处理的效率.基于三维激光技术的扫描方法与全站仪测量方法的对比实验表明:该方法不仅可以快速有效地完成批量测点的观测,还能够满足实验的精度要求,具有效率高、方便易行等优点,实现了对相似材料模型实验的快速观测和数据的高效处理,可在相似材料模型实验中推广应用.

摘要： 离心模型试验的准确性与可靠性取决于模型与原型的相似程度,选择合理的相似材料是模型试验设计的关键环节.以广州市兴丰垃圾填方挡坝加筋边坡的工程设计为背景.为了合理开展离心模型试验,选取6种编织布进行分析.考虑强度相似原则和界面摩擦因素,基于窄条拉伸试验、直剪摩擦试验合理比选相似替代材料.按该边坡设计方案,模型边坡在离心场中能够保持稳定.如按强度相似进行材料选择,通过调整模型土层厚度,所选择的6种材料可对抗拉强度在13～360kN/m的土工布进行模拟.

摘要： 本发明属于露天转地下开采工程分析模型技术领域，具体涉及一种露天转地下开采边坡爆破动力分析模型试验材料、其上下盘围岩体相似材料、其断层带相似材料及其制备方法。上下盘围岩体相似材料包括粗粒石英砂、中粒石英砂、铁精粉、石膏、柠檬酸钠和水。断层带相似材料包括粗粒石英砂、中粒石英砂、细粒石英砂、重晶石粉和水。发明的岩体相似材料配方中使用了重度较大的铁矿粉、重晶石粉，以及密度较小的石英砂和石膏，因而相似材料的重度分布范围较大，通过调整各相似材料中的各成分的含量，可以有效模拟不同深度处岩体的自重应力场。

摘要： 本发明公开一种软硬岩复合岩层相似材料及采用该相似材料制备软硬岩的方法，其中，硬岩相似材料包括重量配比如下的组分：水泥：80‑100份、高岭土：10‑20份、石英砂：8‑10份、铁矿粉：8‑10份、重晶石粉：8‑10份和橡胶粉：1‑2份；软岩相似材料包括重量配比如下的组分：水泥：50‑70份、高岭土：30‑40份、石英砂：5‑8份、铁矿粉：5‑8份、重晶石粉：5‑8份以及橡胶粉：2‑4份。采用本发明的相似材料制备的复合岩层的力学强度变化范围大，可达到10～50MPa，力学参数调节方便、脆性较强、力学性能稳定，可以模拟多种力学强度的复合岩体。本发明采用的相似材料来源广泛、成本低廉，易于加工。

摘要： 本发明公开了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，本发明考虑几何相似和物理相似确定了地质力学模型相似条件，之后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标模拟材料的各项力学参数；通过不同的配比制备试件模型，之后将试件模型进行单轴抗压试验和直剪试验，根据试验数据分析每种配比范围对应的泥灰岩的风化状态，完成配比方案的确定。本发明通过配比设计可以最大程度的模拟不同风化状态原岩，模拟的各项力学参数仿真度高，为不同物理状态的岩石研究提供了可行的方案。

摘要： 本发明公开了一种相似材料制备及相似度评价方法，一种相似材料制备具体为：根据原材料参数确定目标参数；确定影响目标参数的关键因素；建立目标参数与关键因素之间的函数关系式；制作相似材料。本发明同时提供了一种相似材料相似度评价方法，基于关键因素对目标参数进行误差分析确定最终相似度。本发明解决了相似材料在多因素作用下原料及工艺参数难以定量确定以及相似度难以评判的问题，利用本发明可为突出煤相似材料的制作提供参考，同时为大型煤与瓦斯突出相似模拟实验提供有益借鉴。

摘要： 本发明公开了一种高相似度相似材料制作方法，具体为：根据原材料参数确定目标参数；确定影响目标参数的关键因素；建立目标参数与关键因素之间的函数关系式；制作相似材料；目标参数验证及修正；若相似材料的目标参数与根据原材料参数确定的目标参数误差小于10％则合格，否则修正后重新制作相似材料直至相似材料的目标参数验证合格。本发明解决了相似材料在多因素作用下原料及工艺参数难以定量确定以及相似度难以满足实验需求的难题，利用本发明制取的相似材料在物理力学性质、吸附解吸性质和孔隙率等方面与原煤具有较高的相似度，可为突出煤相似材料的制作提供参考，同时为大型煤与瓦斯突出相似模拟实验提供有益借鉴。

摘要： 本发明属于露天转地下开采工程分析模型技术领域，具体涉及一种露天转地下开采边坡爆破动力分析模型试验材料、其上下盘围岩体相似材料、其断层带相似材料及其制备方法。上下盘围岩体相似材料包括粗粒石英砂、中粒石英砂、铁精粉、石膏、柠檬酸钠和水。断层带相似材料包括粗粒石英砂、中粒石英砂、细粒石英砂、重晶石粉和水。发明的岩体相似材料配方中使用了重度较大的铁矿粉、重晶石粉，以及密度较小的石英砂和石膏，因而相似材料的重度分布范围较大，通过调整各相似材料中的各成分的含量，可以有效模拟不同深度处岩体的自重应力场。

摘要： 本发明公开一种软硬岩复合岩层相似材料及采用该相似材料制备软硬岩的方法，其中，硬岩相似材料包括重量配比如下的组分：水泥：80‑100份、高岭土：10‑20份、石英砂：8‑10份、铁矿粉：8‑10份、重晶石粉：8‑10份和橡胶粉：1‑2份；软岩相似材料包括重量配比如下的组分：水泥：50‑70份、高岭土：30‑40份、石英砂：5‑8份、铁矿粉：5‑8份、重晶石粉：5‑8份以及橡胶粉：2‑4份。采用本发明的相似材料制备的复合岩层的力学强度变化范围大，可达到10～50MPa，力学参数调节方便、脆性较强、力学性能稳定，可以模拟多种力学强度的复合岩体。本发明采用的相似材料来源广泛、成本低廉，易于加工。

摘要： 本发明提供一种与花岗岩相似材料制备及相似度评价方法，涉及岩石力学领域，包括以下步骤：步骤a：根据原材料具备的特性选择出与之对应的目标；步骤b：明确影响目标特性的重要因素；步骤c：构建目标特性与重要要素之间的函数关系式；步骤d：根据提供的数据制备相似材料；步骤e：相似材料的测验。利用本发明提供的相似材料制备方法制备的相似材料的相似度满足花岗岩所提供的物理参数数据和基本的力学性能，可为模拟花岗岩相似材料的制取提供了参考意义，且本方法化繁为简，操作简单，安全性好，可多次试验。

摘要： 本实用新型专利提出一种相似材料模拟试验相似材料压实装置，装置包括两侧升降控制板、液压千斤顶底座、加压板、液压千斤顶、挡板、吊索机构。相似模拟模型搭建过程中，每铺设完一层相似材料后，将最上部两个控制片拉出，液压千斤顶底座、液压千斤顶以及加压板在重力的作用下弹开下部其余控制片，当加压板与相似材料接触时停止移动，液压千斤顶工作，液压千斤顶因为控制片的阻挡作用无法上移，相似材料被加压板压实。本实用新型专利结构简单，原理可靠，便于操纵，可以满足不同岩层对相似材料密实度、平整度的要求，制造成本低，维护简单。

摘要： 本实用新型公开了一种相似材料模拟实验中相似材料的铺设装置，包括模拟试验台、移动支架和夯实机构，模拟试验台上且位于移动支架的下部开有凹槽，凹槽内设置有相似材料，移动支架包括横梁和多个用于支撑所述横梁的支撑杆，支撑杆的底部设置有与模拟试验台配合的滚轮组件，所述夯实机构穿过横梁伸入到凹槽内，夯实机构伸入到凹槽内的一端连接有用于夯实所述相似材料的底板，底板上设置有压力传感器。本实用新型通过移动支架带动夯实机构的移动，进而对相似材料进行抹平和夯实处理，将压力传感器所测压力转换布氏硬度，与该层材料所需的硬度进行对比，无需人工肉眼判断相似材料的相似度，其设计结构简单，准确度高，便于推广使用。