[发明专利]隧道模型试验软弱围岩相似材料的确定方法

说明书

本发明属于岩土工程地质力学模型试验和模型试验的岩土相似材料的领域，涉及一种隧道模型试验软弱围岩相似材料的确定方法，包括：1）确定软弱围岩相似材料的目标参数；2）初步筛选软弱围岩相似材料，得到拟定的软弱围岩相似材料；3）对步骤2）获取得到的拟定的软弱围岩相似材料分别进行单轴压缩试验和直接剪切试验，获得试验结果，将试验结果与步骤1）确定的软弱围岩相似材料的目标参数相对比，选取与软弱围岩相似材料的目标参数相近似的方案，作为最终的软弱围岩相似材料。本发明提供了一种可以准确满足模型试验最主要力学参数要求以及可得到最接近实际的结果的隧道模型试验软弱围岩相似材料的确定方法。

技术领域

本发明属于岩土工程地质力学模型试验和模型试验的岩土相似材料的领域，涉及一种隧道模型试验软弱围岩相似材料的确定方法，尤其涉及一种基于总安全系数法理论的隧道模型试验软弱围岩相似材料的确定方法。

背景技术

软弱围岩为隧道工程中Ⅳ级及IV级以下的围岩，此类围岩结构条件差，为岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，可能发生规模较大的各种变形和破坏，而隧道在施工中常遇到软弱围岩地质环境，因此在研究岩土相似材料领域，配制出一种力学性质稳定、适应较多工况的软弱围岩相似材料显得尤为重要。

隧道模型试验是研究隧道原型在特定工程问题背景下，通过相似理论配制相似材料，分析试样在不同工况下的受力情况以及相对应的力学性质，并模拟隧道在实际过程中的变形和破坏规律，从而解决现实中的工程问题，是地下工程科学试验的重要方法之一。隧道模型试验具有现象直观、经济性高、试验简便、试验周期短、空间关系准确等特点。为了更好地完成试验，更准确地得出试验规律，模型试验中应采用满足相似理论、制备具有相似条件的相似材料作为试验模型，由于相似材料的选取与配制具有多样性，因此选择最为合适的原材料与最为合理的配制比例是模型试验最为关键的一步。

隧道支护结构设计的总安全系数法，初步构建了隧道支护结构量化设计体系，可实现隧道支护结构由“类比设计”向“量化设计”转变，对推动隧道工程设计技术发展具有积极作用。现有隧道模型试验多为小比例尺试验，而总安全系数法理论重点探讨的是支护结构特性，因此要求用于验证的模型试验可对结构受力与破坏特征有较为清晰的观测。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可以准确满足模型试验最主要力学参数要求以及可得到最接近实际的结果的隧道模型试验软弱围岩相似材料的确定方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道模型试验软弱围岩相似材料的确定方法，其特征在于：所述隧道模型试验软弱围岩相似材料的确定方法包括以下步骤：

1)确定软弱围岩相似材料的目标参数；

2)初步筛选软弱围岩相似材料，得到拟定的软弱围岩相似材料；

3)对步骤2)获取得到的拟定的软弱围岩相似材料分别进行单轴压缩试验和直接剪切试验，获得试验结果，将试验结果与步骤1)确定的软弱围岩相似材料的目标参数相对比，选取与软弱围岩相似材料的目标参数相近似的方案，作为最终的软弱围岩相似材料。

作为优选，本发明所采用的步骤1)中软弱围岩相似材料是以Ⅳ级围岩为模拟对象。

作为优选，本发明所采用的步骤2)中拟定的软弱围岩相似材料的组成包括骨料、黏结剂以及调节剂；所述骨料包括粗骨料以及细骨料；所述粗骨料是石英砂；所述细骨料是重晶石；所述黏结剂是粉煤灰；所述调节剂是15W40机油和松香酒精溶液。

作为优选，本发明所采用的调节剂中的松香酒精溶液是将固体状的脂松香捣碎成颗粒状后，按质量体积比是1g：3mL的比例将脂松香充分溶解于酒精溶液中，酒精溶液中乙醇的体积分数为98％。

作为优选，本发明所采用的步骤3)中对拟定的软弱围岩相似材料进行单轴压缩试验的具体实现方式是：