[发明专利]可模拟软弱层面的地质温敏材料及其制作方法、温控系统

说明书

技术领域

本发明涉及地质力学模型试验材料及制备技术领域，特别涉及可模拟软弱层面的 地质温敏材料及其制作方法、温控系统。

背景技术

地质力学模型就是从力学的观点出发，采用试验的手段，研究地质构造条件对工 程的影响。软弱层面指力学强度明显低于围岩，一般充填有一定厚度软弱物质的结构面。如 泥化，软化，破碎薄夹层等，具有强度低，压缩性高，遇水易软化的特点。软弱层面在地质力 学模型试验中属于控制性弱面，有影响岩体结构，控制块体稳定的作用，且对坝基坝肩稳定 性有明显影响，国内外诸多地下洞室工程、坝基工程及边坡等失事均与软弱层面有密切关 系。

常规的地质力学模型基于力学参数不变的情况下，研究坝基坝肩整体稳定性问 题。但是高坝地质条件复杂，坝基坝肩岩体及软弱层面的强度在工程的长期运行中将出现 逐步弱化的现象，必须研制出能在模型试验中材料强度可变的模型材料来模拟软弱层面强 度降低这一现象。因此，研制新型软弱层面材料是研究高坝和地基稳定物理模拟的关键技 术问题之一，对高坝建设具有重要理论意义和工程应用价值。

四川大学水电学院经过多年的探索，采用常规地质力学模型材料和可溶性高分子 材料及多种添加剂，配合温控系统研制出了变温相似材料，并用于地质力学模型试验中岩 体、断层、破碎带和软弱层面的模拟上。试验时，通过升温系统升高整个模型材料温度，使其 力学特性能按相似规律和强度储备理论降低。然而这种整体加热模型的方法存在不少弊 端：1、工程在长期运行中主要是破碎带、软弱层面的强度出现逐步降低的现象，其他岩体的 力学参数变化不大，整体加热模型使岩体的力学参数也发生变化，不符合工程实际的工作 状况2、岩体以块体的方式组合成型，而岩体与软弱层面材料差异大，致使整个模型成型困 难。3、升温系统铺设繁琐，施工困难，长时间工作条件下易发生漏电现象，给试验人员的安 全造成威胁。

目前使用较多的软弱层面材料主要有以下两种：

1、国外意大利贝加莫（Bergamo）结构模型试验所（ISMES）在伊泰普（Itaipu）拱坝地质 力学模型试验中，采用一层或三层铝箔在其间涂聚氨基甲酸脂或硫酸氢钼等材料分别进行 模拟。河海大学结构试验中心，在龙羊峡拱坝三维地质力学模型试验中，在夹层部位采用聚 脂薄膜及电容纸等模拟。该系列的材料均是以滑动摩擦原理进行模拟，但难以满足在同一 个模型上演示摩擦系数降低的全过程，需要多个模型试验结果综合分析。

2、四川大学水工结构研究室用涂有油脂的金属泊等薄膜与粒状高分子材料组合 技术来模拟，辅助温度系统进行控制。该材料以滚动摩擦和滑动摩擦的原理来模拟软弱层 面，可以在一个模型中实现力学参数的变化，但在软弱层面的铺设时无法以任意形状，在任 意位置进行铺设，适用性较差。

发明内容

本发明的目的在于避免上述软弱层面材料的缺点，提供可模拟软弱层面的地质温 敏材料及其制作方法、温控系统。

可模拟软弱层面的地质温敏材料，所述材料包括按重量份计的以下组分：

重晶石粉45-55份，水泥1.8-2.5份，水1-4份，46号废液压油1-5份，石蜡2-6份，橡胶粉 0.5-2份。

重晶石粉作为细骨料控制材料的容重；水泥和水的水化作用产物，具有胶凝特性， 能把其他材料牢固的胶结在一起；废液压油具有良好的润滑性，降低材料抵抗变形的能力； 石蜡是一种温敏材料，其物理性质会随温度产生变化；橡胶粉用于调节材料的抗压强度和 变形模量

所述材料包括按重量份计的以下组分：

重晶石粉48份，水泥2.2份，水3份，46号废液压油3份，石蜡4份，橡胶粉1份。

所述重晶石粉粒径≤0.075mm，所述重晶石粉含水率以饱和面干为标准

重晶石粉的含水率以饱和面干为标准，能较好地选择水的用量，拌出理想的材料

所述橡胶粉粒径为80目，使材料整体具有良好级配，以达到较高的密实程度。

所述石蜡优选熔点为52-54℃的半精炼石蜡。

使材料有一个合适的工作温度范围，且在其熔点之前材料的摩擦角能达到理想状 态。若选择熔点较高的石蜡，加热时间也相应变长，对加热系统也存在安全隐患。

所述水泥为32.5级复合硅酸盐水泥。

该水泥抗压强度低（满足软弱层面对力学参数的要求），水化热低（有利于大体积 施工，减少温差应力裂缝产生的机会），和易性好，耐热性好。