[发明专利]一种具有导电特性的膨胀性相似模型试验材料及使用方法

权利要求书

1.一种具有导电特性的膨胀性相似模型试验材料，其特征在于：包括主体材料和外掺材料，其中主体材料为骨料材料和胶结材料的混合物，外掺材料包括膨胀剂和导电剂，外掺材料的体积膨胀率为10～30％；所述骨料材料为该膨胀性相似模型试验材料的主要材料，胶结 材料为该膨胀性相似模型试验材料的胶结固化材料，膨胀剂使骨料材料和胶结材料混合后具有一定的体积膨胀，导电剂使该膨胀性相似模型试验材料具有导电性；

所述骨料材料为河沙、海沙、石英砂中的一种或两种以上的混合，所述胶结 材料为水泥、石膏、石蜡中的一种或两种以上的混合，所述膨胀剂为膨润土、高岭土中的一种或两种以上的混合，所述导电剂为石墨烯、金属纤维中的一种或两种以上的混合；所述骨料材料、胶结材料和外掺材料的掺量按照实际工程岩石、煤的强度与膨胀性进行配比设计，膨胀剂的质量为骨料材料质量的10～20％，导电剂的质量为骨料材料质量的5～10％。

2.一种具有导电特性的膨胀性相似模型试验材料的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：先将骨料材料、胶结材料、导电剂和水按照实际工程岩石、煤的强度进行配比试验，确定最优的掺加比例；然后按照岩石、煤的膨胀性，通过开展添加膨胀剂的相似模型试验材料的膨胀性试验，确定膨胀剂的掺加量；最后将确定好配合比的骨料材料、胶结材料、导电剂、膨胀剂和水倒入搅拌机内混合，搅拌均匀后形成具有导电特性的膨胀性相似模型试验材料；

步骤二：采用分层铺设的方式将形成的膨胀性相似模型试验材料逐层的铺设到相似模型试验台中，按照在相似模型试验台中预先设定的测点位置，在分层铺设膨胀性相似模型试验材料的过程中，在每个测点布设一对电极；在膨胀性相似模型试验材料铺设完成后，在相似模型试验台的外侧面铺设两层绝缘膜，使用液压加载装置在绝缘层外侧对相似模型试验台内的膨胀性相似模型试验材料进行加载试验；

步骤三：采用步骤一配比形成的膨胀性相似模型试验材料，加工制作标准试样，使用绝缘胶将一对电极固定在标准试样的中间位置，根据实际工程情况对标准试样开展单轴或三轴压缩试验；使用换能器对连接标准试样的一对电极进行供电，并通过多通道电法仪实时采集该对电极的电位信号；通过单轴或三轴压缩试验和电位测试试验，获得应力-时间、电位-时间的关系图，进而可建立应力-电位的关系；

步骤四：启动液压加载装置对相似模型试验台内的膨胀性相似模型试验材料进行加载试验，同时使用换能器对相似模型试验台中的电极进行供电，并通过多通道电法仪实时采集电极的电位信号，基于步骤三所建立的应力-电位的关系，进而获得相似模型试验台中各电极的电位信号所对应的应力数值；

步骤五：采用计算机进行编程反演分析，获得大范围或全场围岩应力的分布特征，再现矿山压力的分布规律，并评价巷道支护效果。

3.根据权利要求2所述的具有导电特性的膨胀性相似模型试验材料的使用方法，其特征在于：所述电极为长方形薄铜片，长度为5～6mm，宽度为2～3mm，厚度为1～2mm。

4.根据权利要求2所述的具有导电特性的膨胀性相似模型试验材料的使用方法，其特征在于：所述相似模型试验台内的电极，距离相似模型试验台壁面的垂直距离为100～150mm。

5.根据权利要求2所述的具有导电特性的膨胀性相似模型试验材料的使用方法，其特征在于：所述标准试样为圆柱体，直径为50mm，高度为100mm。

6.根据权利要求2所述的具有导电特性的膨胀性相似模型试验材料的使用方法，其特征在于：对标准试样开展单轴试验，设定围压σ₃＝0，轴压σ₁≠0；对标准试样开展三轴压缩试验，设定围压σ₃≠0，轴压σ₁≠0。