[发明专利]一种滑坡物理模型的滑带相似材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于地质力学模型试验用材料及制备技术领域，具体涉及一种用于滑坡物理模型中模拟滑带的相似材料及其制备方法。

背景技术

滑坡为岩土体依附于其内在或潜在软弱结构面/带，在降雨、人类生产活动等综合因素触发作用下失去原有平衡条件，产生以水平位移为主的滑动现象。滑坡灾害是一种主要的地质灾害之一，已成为人类社会不容忽视的环境难题，其危害已成为仅次于地震的第二大自然灾害。

模型试验是按一定的几何、物理关系，用模型代替原型进行测试，并将结果用于原型的试验方法，试验模型是基于相似理论来进行制作的。长期以来，模型试验一直是解决复杂工程课题的重要手段，在边坡失稳机理研究中，模型试验能够形象地模拟边坡岩土体中的应力大小及其分布、边坡岩土体的变形破坏机制及其发展过程、加固措施的加固效果等。滑坡模型试验属于地质力学模型试验的范畴，是研究滑坡问题的重要手段。

通常保证模型与原型之间的相似是通过相似材料的配制来实现，滑坡相似材料是模型试验的基础，相似材料配比以及相似材料的正确选取是保证物理模型模拟正确性与合理性的重要因素。其中，滑坡相似材料的制备一直是滑坡模型试验难点之一，尤其滑带相似材料更是模型试验成功的关键。一般而言，要求滑带相似材料的粘聚力和内摩擦角相似，其中粘聚力要求趋近为0。目前，岩质材料的相似材料随着石膏系相似材料模拟技术的逐渐成熟而基本解决，而土质材料特别是软土体相似材料的研究却一直存在相当的难度。土体作为自然界中一定历史条件形成的自然产物，其性质具有多样性、区域性等特点，要研制一种材料完全满足各方面的相似条件几乎是不可能的。有必要忽略其次要因素，针对主要因素开展试验研究，研制出符合要求的滑带相似材料用于滑坡物理模型试验。

目前，国内外用于模型试验的相似材料主要类型有：

1）石膏系相似材料

石膏为主体的相似材料常用来模拟混凝土、岩石等脆性材料的物理力学性能。其对石膏用量较为敏感，对环境湿度有较高要求，性质和混凝土比较接近，均属于脆性材料。

2）松香系相似材料

对于模型试验相似材料绝缘度有要求时，松香系相似材料可以作为合适的选择之一。松香系相似材料抗压、抗拉强度主要受松香溶液浓度的控制，变化限于松香浓度范围内，对低强度参数的相似模拟有一定的局限性。

3）明矾系相似材料

明矾系相似材料针对岩溶地质环境模型试验研究，可以模拟溶洞溶蚀过程。明矾在加热后可以熔化，对砂具有较好的粘结能力，试验过程中可以通过加热的方式让溶洞扩大，模拟溶洞溶蚀的过程，是一种有研究价值的岩溶区岩性模拟材料，其易水解。

4）变温相似材料

变温相似材料的研制是将高分子材料与传统的模型材料结合起来，在模型材料中加入适量的高分子材料及胶结材料，并配置温度变化系统，在试验过程中通过升温的办法使材料的力学参数逐步降低。变温相似材料的强度和力学参数可随温度的改变而改变，只在一定的温度范围内保持较好的相似性。

5）石蜡系相似材料

石蜡和重晶石粉、砂、粘土等材料混合，形成了石蜡系相似材料，可模拟低渗透性的硬土体、低强度的岩体，如层积岩；其对温度敏感，也可作为变温材料使用；其弹模较低，模拟岩体时压剪比或压拉比效果不好，塑性较大，且石蜡价格较高。

发明内容

本发明的目的是针对滑坡物理模型试验需要而展开，克服上述各类模型相似材料的局限性问题，提供一种新型满足滑坡物理模型中滑带力学特性要求的相似材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种滑坡物理模型的滑带相似材料，采用粒径为1-2mm的小玻璃微珠、粒径为3-4mm的大玻璃微珠混合制得；得到的相似材料的粘聚力均为0，内摩擦角为8-27度。

为了满足不同的滑坡物理模型试验要求，当滑带相似材料要求的内摩擦角大于27度时，采用粒径为3-4mm的大玻璃微珠及粒度为2mm以下的河沙颗粒混合制得相似材料；得到的该相似材料的粘聚力均为0，内摩擦角为14～35°。

所述相似材料中由大、小玻璃微珠配比的内摩擦角变化范围为8～27°；由大玻璃微珠和河砂配比的内摩擦角变化范围为14～35°。

所述的滑坡物理模型的滑带相似材料的制备方法，具体步骤为：

1）根据实际滑坡中滑带的力学参数及模型试验相似比，运用相似判据得出其物理模型中滑带相似材料的力学参数；