一种弹塑性模型试验相似材料及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种弹塑性模型试验相似材料，由骨料、胶结物和水均匀混合搅拌而成。本发明专利技术还公开了一种弹塑性模型试验相似材料的制作方法，步骤为：先对橡胶粉末进行改良；按质量配比称取石英砂、改性后的橡胶粉末、高岭土、水泥和水并搅拌均匀；将搅拌好的混合料倒进模具并夯实；在37°恒温箱养护1天，拆模，再干燥4天。本发明专利技术的弹塑性模型试验相似材料具有力学参数变化范围广，有弹塑性应力‑应变特征，制作工艺简单，价廉易得且没有毒副作用的特点，力学性能稳定，能够满足大尺度模型试验的弹塑性相似材料，可广泛应用于地质、采矿、岩土工程等领域的地质力学模型试验。

A Similar Material for Elastic-Plastic Model Test and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种弹塑性模型试验相似材料及其制作方法
本专利技术属于地质力学模型试验的
，尤其涉及一种弹塑性模型试验相似材料及其制作方法。
技术介绍
地质力学模型试验是一种基于相似原理，用模型代替原型进行力学参数及其分布规律的研究，借以推断原型中可能发生的力学现象的试验方法，是解决地质、采矿、岩土工程中现象相似性问题的一种重要的研究手段，具有直观、简便、经济以及实验周期短等优点。在地质力学模型试验中，经常涉及到弹塑性材料的相关试验研究，具有弹塑性应力-应变曲线关系的弹塑性相似材料是重要的试验材料。现有的弹塑性相似材料制作工艺繁琐，需要加热等操作，不适用于进行大尺度的地质力学模型试验。因此，研制出一种制作工艺简单、力学性能稳定的弹塑性相似材料是必要的。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种弹塑性模型试验相似材料及其制作方法，工艺简单、力学性能稳定，能够满足大尺度模型试验的弹塑性相似材料。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种弹塑性模型试验相似材料，由骨料、胶结物和水均匀混合搅拌而成。可选的，所述骨料为石英砂和橡胶粉末；所述胶结物为水泥和高岭土，所述橡胶粉末采用改性剂进行改良，所述改性剂为氢氧化钠溶液。本专利技术还提供一种弹塑性模型试验相似材料的制作方法，包括以下步骤：S10、先将橡胶粉末放入含5％氢氧化钠溶液中浸泡40min，然后用清水洗净并烘干；S20、按质量配比称取石英砂、步骤S10改性后的橡胶粉末、高岭土、水泥和水；S30、将石英砂、改性后的橡胶粉末、高岭土和水泥搅拌均匀，再加入水搅拌均匀至松散状；S40、将搅拌好的混合料倒进模具并夯实；S50、在37°恒温箱养护1天，拆模，再干燥4天。优选的，步骤S10中，橡胶粉末放入含5％氢氧化钠溶液中浸泡40min后用100目的过滤网筛过滤。由上，本专利技术的弹塑性模型试验相似材料具有力学参数变化范围广，有弹塑性应力-应变特征，制作工艺简单，价廉易得且没有毒副作用的特点，可广泛应用于地质、采矿、岩土工程等领域的地质力学模型试验，并具有如下优点：(1)相似材料的力学参数变化范围较广，可以用同一种材料，只要调整其中各组成部分的配比，即可适应不同种类岩土介质的相似要求，简化了模型试验研究工作的难度；(2)原料来源广，成本低廉，降低了模型试验成本；(3)相似材料制作工艺简单，无需加热等操作，加快了大尺度相似材料模型的制作速度；(4)材料没有任何毒副作用，不会对人体造成伤害。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1为典型的弹塑性相似材料应力应变关系曲线图；图2为橡胶粉末含量对相似材料单轴抗压强度的影响曲线图；图3为橡胶粉末含量对相似材料弹性模量的影响曲线图；图4为橡胶粉末含量对相似材料塑性系数的影响曲线图；图5为橡胶粉末含量对相似材料容重的影响曲线图；图6为高岭土含量对相似材料单轴抗压强度的影响曲线图；图7为高岭土含量对相似材料弹性模量的影响曲线图；图8为水泥含量对相似材料单轴抗压强度的影响曲线图；图9为本专利技术的弹塑性模型试验相似材料的制作方法的流程图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。如图9所示，本专利技术提供了一种弹塑性模型试验相似材料及其制备方法，通过研究相似材料的单轴抗压强度、弹性模量、视密度、塑性系数、应力应变曲线等参数随配比的变化规律，确定一种能够满足大尺度模型试验的弹塑性相似材料。本专利技术的弹塑性模型试验相似材料所用的骨料选择石英砂和橡胶粉末，胶结物选择高岭土和水泥，选取3个正交因素为别为：因素A(胶结物/骨料质量)；因素B(水泥质量/胶结物质量)，因素C(橡胶粉末质量/骨料质量)，其中水的质量为总质量的十分之一。每个因素设计3个水平，选用3因素4水平的正交设计方案L16(43)，共计16组不同配比，相似材料配比如表1所示：表1相似材料正交设计水平本专利技术的弹塑性模型试验相似材料的制备方法如下：(1)先将橡胶粉末放入含5％氢氧化钠溶液中浸泡40min，然后用100目的过滤网筛过滤，并用清水洗净并烘干，以提高橡胶粉末与相似材料之间的粘结强度；(2)按质量配比称取石英砂、改性后的橡胶粉末、高岭土、水泥和水；(3)将石英砂、改性后的橡胶粉末、高岭土和水泥搅拌均匀，再加入水搅拌均匀至松散状；(4)将搅拌好的混合料倒进模具并夯实；(5)37°恒温箱养护1天，拆模，再干燥4天。干燥后的相似材料试件先称重，测量尺寸，计算出视密度γ。随后在万能试验机上测试相似材料的力学参数，主要包括弹性模量E、抗压强度σc、塑性系数kn。主要物理力学参数：表2不同配比测得的材料物理力学参数如图1至图8所示，图1为典型的弹塑性相似材料应力应变关系曲线，图2为橡胶粉末含量对相似材料单轴抗压强度的影响曲线，由图2可知调整橡胶粉末的含量就可以调节相似材料的抗压强度，橡胶粉末的含量越高，相似材料的抗压强度越低。图3为橡胶粉末含量对相似材料弹性模量的影响曲线，由图3可知调整橡胶粉末的含量就可以调节相似材料的弹性模量，橡胶粉末的含量越高，相似材料的弹性模量越低。图4为橡胶粉末含量对相似材料塑性系数的影响曲线，由图4可知调整橡胶粉末的含量就可以调节相似材料的塑性系数，橡胶粉末的含量越高，相似材料的塑性系数越高。图5为橡胶粉末含量对相似材料容重的影响曲线，由图5可知调整橡胶粉末的含量就可以调节相似材料的容重，橡胶粉末的含量越高，相似材料的容重越低。图6为高岭土含量对相似材料单轴抗压强度的影响曲线，由图6可知调整高岭土的含量就可以调节相似材料的抗压强度，高岭土的含量越高，相似材料的抗压强度越高。图7为高岭土含量对相似材料弹性模量的影响曲线，由图7可知调整高岭土的含量就可以调节相似材料的弹性模量，高岭土的含量越高，相似材料的弹性模量越低。图8为水泥含量对相似材料单轴抗压强度的影响曲线，由图8可知调整水泥的含量就可以调节相似材料的单轴抗压强度，水泥的含量越高，相似材料的抗压强度越高。。力学参数测试表明：采用本专利技术制成的材料视密度变化范围为1.527-1.977g/cm3，弹性模量变化范围为16.136-420.034MPa、抗压强度变化范围为0.702-2.553MPa，塑性系数变化范围为1.295-1.990。材料的物理力学参数变化范围较广，应力-应变曲线塑性阶段明显，可广泛应用于地质、采矿、岩土工程等领域的地质力学模型试验。实施例1：各重量份的原料按质量配比称重石英砂：85份橡胶粉末：15份高岭土：31.5份水泥：3.5份水：15份先将橡胶粉末放入含5％NaOH溶液中浸泡40min，然后用100目的过滤网筛过滤掉溶液，并用清水冲洗、然后在通风处自然风干；然后分别称取85份石英砂、3.5份水泥、31.5份高岭土、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹塑性模型试验相似材料，其特征在于，由骨料、胶结物和水均匀混合搅拌而成。

【技术特征摘要】
1.一种弹塑性模型试验相似材料，其特征在于，由骨料、胶结物和水均匀混合搅拌而成。2.如权利要求1所述的弹塑性模型试验相似材料，其特征在于，所述骨料为石英砂和橡胶粉末；所述胶结物为水泥和高岭土，所述橡胶粉末采用改性剂进行改良，所述改性剂为氢氧化钠溶液。3.一种如权利要求2所述的弹塑性模型试验相似材料的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、先将橡胶粉末放入含5％氢氧化钠溶液中浸泡40min，然后用清水洗净并...

【专利技术属性】
技术研发人员：代树红，李硕，董建强，杨龙，高鸿，王晓晨，王浩然，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21