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一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料及其配比的確定方法

閱讀：556發(fā)布：2020-05-08

專利匯可以提供一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料及其配比的確定方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種地下 水 庫壩體相似模擬實驗材料， 地下水 庫壩體相似模擬實驗材料由 骨料 、膠結(jié)劑和保護劑制備而成，骨料為 河沙 ，膠結(jié)劑為速干 水泥 ，保護劑為液態(tài) 石蠟 ，地下水庫壩體相似模擬實驗材料中河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟的重量比為：3:1:18。本發(fā)明還公開了一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法。本發(fā)明相似材料的 力 學(xué)參數(shù)和滲流參數(shù)與水庫壩體相似，性質(zhì)滿足流固耦合相似模擬實驗要求，解決了固 體模 型材 料遇水崩解和模擬中 水體 滲流的可視性問題。，下面是一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料及其配比的確定方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料，其特征在于：所述地下水庫壩體相似模擬實驗材料由骨料、膠結(jié)劑和保護劑制備而成，所述骨料為河沙，所述膠結(jié)劑為速干水泥，所述保護劑為液態(tài)石蠟，所述地下水庫壩體相似模擬實驗材料中河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟的重量比為3:1:18。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料，其特征在于：所述河沙為干燥的河沙。
3.一種如權(quán)利要求1所述的地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
步驟一、材料初步試驗，分別稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑，骨料、膠結(jié)劑和保護劑的質(zhì)量比為1:1:1，將質(zhì)量比為1:1:1的骨料、膠結(jié)劑和保護劑混合后制作成試件，然后將制作成的試件放置在水中浸泡48小時，通過觀察試件浸泡在水中48小時后是否發(fā)生失效性崩解，來判斷試件的非親水性，如果試件浸泡在水中48小時后未發(fā)生失效性崩解，其具有良好的非親水性，可以進行下一步配比試驗；
步驟二、確定骨膠比：稱取不同重量配比的骨料和膠結(jié)劑，并將每種配比的骨料和膠結(jié)劑制備成多個試件，對所有配比的試件進行強度測試，將各個配比試件測試的數(shù)據(jù)繪制成試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，將所述試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖與待模擬壩體原巖平均應(yīng)力應(yīng)變曲線圖進行對比，確定最吻合的應(yīng)力應(yīng)變曲線對應(yīng)的骨料和膠結(jié)劑的配比；
步驟三、確定骨膠與保護劑的比例，分別稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑，將骨料、膠結(jié)劑和保護劑組成不同質(zhì)量配比的混合物料，所述混合物料中骨料和膠結(jié)劑的質(zhì)量配比為步驟二中所述應(yīng)力應(yīng)變曲線對應(yīng)的骨料和膠結(jié)劑的配比，將所述混合物料制備成試件并對各個試件進行配比標記，對所述標記好的試件進行滲透系數(shù)測試，獲取試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)，將獲取的試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)與待模擬壩體原巖滲透系數(shù)數(shù)據(jù)進行比較，選擇與待模擬壩體原巖滲透系數(shù)數(shù)據(jù)相近似的試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)對應(yīng)試件的配比，該配比為最終待模擬壩體相似材料的配比。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法，其特征在于：所述步驟一中將質(zhì)量比為1:1:1的骨料、膠結(jié)劑和保護劑混合后制作成試件，包括如下步驟：
步驟101、稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑即稱取質(zhì)量相同的河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟；
步驟102：將步驟101中稱取好的河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟倒入攪拌鍋中機械攪拌均勻，并不斷攪拌；
步驟103：將攪拌均勻的河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟的混合物料倒入試模中，使用搗具迅速壓實搗緊；
步驟104：待實驗材料冷卻成型之后再拆除試模取出成型的試件，試件制作完成。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法，其特征在于：所述步驟二中稱取不同重量配比的骨料和膠結(jié)劑的具體方法是：分別稱取質(zhì)量比為1:1、2:1、3:1、4:1、5:1四種比例的骨料和膠結(jié)劑，所述并將每種配比的骨料和膠結(jié)劑制備成多個試件的具體方法是對每種配比的骨料和膠結(jié)劑分別制備20個試件。

說明書全文

一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料及其配比的確定方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明屬于相似材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種地下水庫壩體相似模?擬實驗材料。

背景技術(shù)

[0002] 作為煤炭開采過程中水資源保護和再利用的有效手段，煤礦地下水庫已?在實際工程中得以較好的應(yīng)用和實施。作為地下大規(guī)模的儲水設(shè)施，煤礦地?下水庫壩體的穩(wěn)定性是一個不容忽視的問題。礦區(qū)開采作業(yè)頻繁，開采過程?中引發(fā)的來壓擾動載荷對地下水庫壩體構(gòu)成較大的威脅，一旦出現(xiàn)潰壩事故?不僅是資源的浪費，也對井下設(shè)施和人員的安全的巨大威脅，因此采空區(qū)地?下水庫整體隔水穩(wěn)定性問題的研究就顯得非常必要。
[0003] 在實驗室中人們通過相似模擬實驗來研究和分析采空區(qū)地下水庫整體隔?水穩(wěn)定性等問題，但是現(xiàn)有的相似材料，模擬壩體結(jié)構(gòu)，所得出的壩體運動?及裂隙演化規(guī)律與實際不一致，潛水滲流規(guī)律及相關(guān)參數(shù)也與原型偏差較大，?不能很好的模擬地下水庫壩體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種地下水庫?壩體相似模擬實驗材料，其材料的力學(xué)參數(shù)和滲流參數(shù)與水庫壩體相似，?性質(zhì)滿足流固耦合相似模擬實驗要求，解決了固體模型材料遇水崩解和模?擬中水體滲流的可視性問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種地下水庫壩體相似?模擬實驗材料，其特征在于：所述地下水庫壩體相似模擬實驗材料由骨料、?膠結(jié)劑和保護劑制備而成，所述骨料為河沙，所述膠結(jié)劑為速干水泥，所?述保護劑為液態(tài)石蠟，所述地下水庫壩體相似模擬實驗材料中河沙、速干?水泥和液態(tài)石蠟的重量比為3:1:18。
[0006] 上述的一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料，其特征在于：所述河沙?為干燥的河沙。
[0007] 本發(fā)明還公開了一種如權(quán)利要求1所述的地下水庫壩體相似模擬實驗?材料配比的確定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0008] 步驟一、材料初步試驗，分別稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑，骨料、膠?結(jié)劑和保護劑的質(zhì)量比為1:1:1，將質(zhì)量比為1:1:1的骨料、膠結(jié)劑和保護?劑混合后制作成試件，然后將制作成的試件放置在水中浸泡48小時，通?過觀察試件浸泡在水中48小時后是否發(fā)生失效性崩解，來判斷試件的非?親水性，如果試件浸泡在水中48小時后未發(fā)生失效性崩解，其具有良好?的非親水性，可以進行下一步配比試驗；
[0009] 步驟二、確定骨膠比：稱取不同重量配比的骨料和膠結(jié)劑，并將每種?配比的骨料和膠結(jié)劑制備成多個試件，對所有配比的試件進行強度測試，?將各個配比試件測試的數(shù)據(jù)繪制成試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，將所述試件應(yīng)力?應(yīng)變曲線圖與待模擬壩體原巖平均應(yīng)力應(yīng)變曲線圖進行對比，確定最吻合?的應(yīng)力應(yīng)變曲線對應(yīng)的骨料和膠結(jié)劑的配比；
[0010] 步驟三、確定骨膠與保護劑的比例，分別稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑，?將骨料、膠結(jié)劑和保護劑組成不同質(zhì)量配比的混合物料，所述混合物料中?骨料和膠結(jié)劑的質(zhì)量配比為步驟二中所述應(yīng)力應(yīng)變曲線對應(yīng)的骨料和膠?結(jié)劑的配比，將所述混合物料制備成試件并對各個試件進行配比標記，對?所述標記好的試件進行滲透系數(shù)測試，獲取試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)，將獲取的?試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)與待模擬壩體原巖滲透系數(shù)數(shù)據(jù)進行比較，選擇與待模?擬壩體原巖滲透系數(shù)數(shù)據(jù)相近似的試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)對應(yīng)試件的配比，該?配比為最終待模擬壩體相似材料的配比。
[0011] 上述的一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法，其特征?在于：所述步驟一中將質(zhì)量比為1:1:1的骨料、膠結(jié)劑和保護劑混合后制?作成試件，包括如下步驟：
[0012] 步驟101、稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑即稱取質(zhì)量相同的河沙、速干?水泥和液態(tài)石蠟；
[0013] 步驟102：將步驟101中稱取好的河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟倒入攪?拌鍋中機械攪拌均勻，并不斷攪拌；
[0014] 步驟103：將攪拌均勻的河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟的混合物料倒入?試模中，使用搗具迅速壓實搗緊；
[0015] 步驟104：待實驗材料冷卻成型之后再拆除試模取出成型的試件，試?件制作完成。
[0016] 上述的一種地下水庫壩體相似模擬實驗材料配比的確定方法，其特征?在于：所述步驟二中稱取不同重量配比的骨料和膠結(jié)劑的具體方法是：分?別稱取質(zhì)量比為1:1、2:1、3:1、4:1、5:1四種比例的骨料和膠結(jié)劑，所述?并將每種配比的骨料和膠結(jié)劑制備成多個試件的具體方法是對每種配比?的骨料和膠結(jié)劑分別制備20個試件。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0018] 1、本發(fā)明的主材料為河沙、速干水泥和液態(tài)石蠟均來源廣泛，成本?低，對人體無毒害。
[0019] 2、本發(fā)明采用河沙作為骨料，速干水泥為膠結(jié)劑，液態(tài)石蠟作為保?護劑，使得模型容易成型，凝固時間短，便于模型的快速搭建。
[0020] 3、本發(fā)明以河沙為骨料，水泥作為膠結(jié)劑增強材料的脆性及粘結(jié)性，?采用液體石蠟作為非親水保護劑的流固相似模擬實驗材料，其材料的力學(xué)?參數(shù)和滲流參數(shù)與水庫壩體相似，性質(zhì)滿足流固耦合相似模擬實驗要求，?解決了固體模型材料遇水崩解和模擬中水體滲流的可視性問題。
[0021] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。

附圖說明

[0022] 圖1為本發(fā)明原巖試件的平均應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明不同骨膠比的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明不同骨膠與保護劑比例的滲透速率曲線圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明實施例壩體模型圖。
[0026] 圖5為本發(fā)明地下壩體模型受力計算圖。
[0027] 圖6為本發(fā)明實施例中真三軸壓縮變形壓縮模擬過程圖。
[0028] 圖7為本發(fā)明不同圍壓下軸向附加應(yīng)力與軸向總應(yīng)變關(guān)系對比圖。
[0029] 圖8為本發(fā)明相似材料配比實驗流程圖。
[0030] 附圖標記說明:
[0031] 1—骨膠比為5:1的應(yīng)力應(yīng)變曲線；2—骨膠比為4:1的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0032] 3—骨膠比為3:1的應(yīng)力應(yīng)變曲線；4—骨膠比為2:1的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0033] 5—骨膠比為1:1的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0034] 6—骨膠與保護劑比為1:19.5時的滲透速率曲線；
[0035] 7—骨膠與保護劑比為1:19時的滲透速率曲線；
[0036] 8—骨膠與保護劑比為1:18.5時的滲透速率曲線；
[0037] 9—骨膠與保護劑比為1:18時的滲透速率曲線；
[0038] 10—骨膠與保護劑比為1:17.5時的滲透速率曲線；
[0039] 11—骨膠與保護劑比為1:17時的滲透速率曲線；
[0040] 12—骨膠與保護劑比為1:16.5時的滲透速率曲線；
[0041] 13—骨膠與保護劑比為1:16時的滲透速率曲線；
[0042] 14—附加應(yīng)力為5KPa時軸向附加應(yīng)力與軸向總應(yīng)變關(guān)系曲線圖；
[0043] 15—附加應(yīng)力為20KPa時軸向附加應(yīng)力與軸向總應(yīng)變關(guān)系曲線圖；
[0044] 16—附加應(yīng)力為35KPa時軸向附加應(yīng)力與軸向總應(yīng)變關(guān)系曲線圖；

具體實施方式

[0045] 下面以神東礦區(qū)地下水庫壩體相似模擬實驗材料研究對本發(fā)明進行?說明：
[0046] 目前神東礦區(qū)人工壩體主要材料為砼、工字鋼、錨桿和鋼筋網(wǎng)片組成，?壩墻采用C30混凝土澆筑為一個整體，澆筑完成后采用噴砼的方式封頂及?堵漏，安全系數(shù)在3.0時，最大承載水位為60m。
[0047] 在物理模擬實驗中，選擇合適的模型材料是模擬的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，根?據(jù)相似材料模擬實驗理論，即流固耦合相似準則和相似材料應(yīng)具有的性質(zhì)，?相似模型材料應(yīng)具有非親水、低滲透性、塑性變形特征。因而流固兩相模?擬實驗首先要研制非親水的模擬材料，而且這些非親水性相似模擬材料要?與原型力學(xué)性質(zhì)相似，長期以來，非金屬礦山采場的模擬實驗主要是針對?工作面及上覆一定厚度的圍巖展開的，選取的材料為脆性單相材料。人工?壩體模擬實驗需要考慮壩體遇水不崩解、具有相似強度、相似隔水性等性?質(zhì)的要求，因此需要探索合理的壩體相似材料和配比。
[0048] 關(guān)于基巖相似材料的成分選取，以往的手段主要有兩種：一種是固相?模型中選取干凈的河沙作為骨料，選用石膏和大白粉作為膠結(jié)材料。該種?材料的強度能夠滿足基巖層的單相模擬要求，但是遇水易崩解，考慮到壩?體與水體滲流耦合作用的試驗要求，試驗材料必須滿足遇水后強度不易失?效的要求，因此該方法在在模擬人工壩體時不適用。另一種方法是兩相模?型中采用干燥河沙與固態(tài)石蠟進行基巖材料的配制方法，按照不同配比在?熔融狀態(tài)下充分混合后的材料性質(zhì)，能夠滿足不同基巖層的強度、塑性、?非親水性的要求，并且經(jīng)過了大量的試驗，驗證了該材料的脆性-塑性-水?理性的優(yōu)越性。但不足的是，實驗人員在相似材料配置過程中，對于固態(tài)?石蠟的熔融溫度難以準確控制把握，同時由于固態(tài)石蠟的主要成分為固態(tài)?高級烷烴的混合物，熔點在42℃～54℃，在加熱和烘炒過程中如果對于加?熱皿的溫度控制不夠精確，石蠟易在高溫下釋放出大量“青煙”，經(jīng)過相?關(guān)資料查閱分析“青煙”的主要成分為：壬烷、庚烷、辛烷、己烷、戊烷?等一些液態(tài)烷烴的蒸氣，如果在相似材料配置過程中被實驗人員少量吸入，?對呼吸道有一定的刺激影響，當(dāng)試驗室通風(fēng)不暢情況下，高濃度石蠟蒸氣?會對實驗人員造成一定的麻醉效果，長時間接觸的話，可能會有各種身體?不適的狀況發(fā)生。鑒于目前相似模擬實驗室的恒溫烘炒裝置及去害氣體通?風(fēng)設(shè)施的不齊全，因此亟待需要選取一種新的流固耦合基巖層相似材料配?制方法。由于石蠟的非親水性已經(jīng)得到了大量試驗的驗證，同時為了減少?揮發(fā)性有毒蒸氣對試驗人員身體的潛在損害，因此本論文選取液態(tài)石蠟作?為一種改良材料用于基巖相似材料的配制，液態(tài)石蠟為無色半透明油狀液?體，無臭、無味，不溶于水、乙醇，溶于揮發(fā)油，混溶于多數(shù)非揮發(fā)性油，?對光、熱、酸等穩(wěn)定，同時可以作為相似材料的薄膜固化劑起到促進水泥?與沙之間的水合作用。
[0049] 鑒于以上材料分析結(jié)果，本發(fā)明使用篩選后的干燥河沙作為骨料，同?時為了增加基巖材料的強度，選用速干水泥作為膠結(jié)劑增強基巖的脆性及?粘結(jié)性，采用液體石蠟作為非親水保護劑。這些材料價格低廉，方便獲取，?便于模型的快速搭建。
[0050] 材料確定后可對材料的比配進行確定，具體步驟如下：
[0051] (一)材料的初步實驗
[0052] 分別稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑，骨料、膠結(jié)劑和保護劑的質(zhì)量比為?1:1:1，將質(zhì)量比為1:1:1的骨料、膠結(jié)劑和保護劑混合后制作成試件，然?后將試放置在水中浸泡48小時，通過觀察試件浸泡在水中48小時后是否?發(fā)生失效性崩解，來判斷試件的非親水性，如果試件浸泡在水中48小時?后未發(fā)生失效性崩解，其具有良好的非親水性，可以進行下一步配比試驗。
[0053] 其具體方法為：采用物理天平稱取實驗中所需的骨料、膠結(jié)劑和保護?劑，膠結(jié)劑和保護劑的質(zhì)量比為1:1:1，將稱取并配合好的骨料、膠結(jié)劑和?保護劑倒入攪拌鍋中進行機械干拌均勻并不斷攪拌。其不斷攪拌，一方面?使膠凝材料與骨料混合均勻，另一方面保證材料不宜快速凝結(jié)。制作試件?之前，先在模具的內(nèi)表面涂潤滑油以便拆模，這樣保證了試件的質(zhì)量。由?于實驗材料加熱后容易黏結(jié)模具，為了保證試件的表面質(zhì)量，選用三軸試?驗所用的雙開模具制作圓柱體試樣。將拌好的混合料倒入試模中，迅速用?搗具壓實搗緊，等實驗材料冷卻成型之后再拆。由于模型材料的強度較小?拆模后還要對試件養(yǎng)護，每組試件制作三個，并進行編號收藏以備測試。?將試放置在水中浸泡48小時，通過觀察試件浸泡在水中48小時后是否發(fā)?生失效性崩解，來判斷試件的非親水性，如果試件浸泡在水中48小時后?未發(fā)生失效性崩解，其具有良好的非親水性，可以進行下一步配比試驗。?初步驗證完成后進行骨膠比的確定。
[0054] (二)骨膠比的確定：
[0055] 稱取不同重量配比的骨料和膠結(jié)劑，并將每種配比的骨料和膠結(jié)劑制?備成多個試件，對所有配比的試件進行強度測試，將各個配比試件測試的?數(shù)據(jù)繪制成試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，將所述試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖與待模擬壩?體原巖平均應(yīng)力應(yīng)變曲線圖進行對比，確定最吻合的應(yīng)力應(yīng)變曲線對應(yīng)的?骨料和膠結(jié)劑的配比。
[0056] 其具體方法為：由于水泥與水之間的配比前人已做大量研究，可以作?為參考使用，故本發(fā)明主要確定河沙、水泥與液態(tài)石蠟之間的合理配比，?主要需要滿足兩個條件，首先材料強度需要與基巖原型應(yīng)力應(yīng)變曲線規(guī)律?相似；其次材料水理性質(zhì)需要與原型基巖層相似，這里選取主要指標滲透?系數(shù)作為配比達標的判別標準。
[0057] 為提高配比設(shè)計效率，采用分層遞進法來確定合理比例，相似材料配?比實驗流程如圖8所示。
[0058] 按照分層遞進流程，以不同配比進行了大量試件的制作。第一步，確?定骨膠比a，按照以往經(jīng)驗，選用骨膠比1:1、2:1、3:1、4:1、5:1四種比?例(重量比)各制作20個試件進行強度測試。
[0059] 本實施例中主要是以神東礦區(qū)地質(zhì)條件為依據(jù)，根據(jù)人工壩體取樣強?度測試，神東礦區(qū)人工壩體力學(xué)特性見表1，原巖試件的平均應(yīng)力應(yīng)變測?試結(jié)果如圖1，不同骨膠比的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)糖€如圖2所示。
[0060] 表1人工壩體力學(xué)特性表
[0061]
[0062]
[0063] 由測試結(jié)果可得，將原巖應(yīng)力應(yīng)變經(jīng)過相似換算后，與其最吻合的應(yīng)?力應(yīng)變曲線為骨膠比3:1，因此將流程圖第一步基巖骨膠比a確定為3:1。
[0064] (三)確定骨膠與保護劑的比例：
[0065] 分別稱取骨料、膠結(jié)劑和保護劑，將骨料、膠結(jié)劑和保護劑組成不同?質(zhì)量配比的混合物料，所述混合物料中骨料和膠結(jié)劑的質(zhì)量配比為步驟二?中所述應(yīng)力應(yīng)變曲線對應(yīng)的骨料和膠結(jié)劑的配比，將所述混合物料制備成?試件并對各個試件進行配比標記，對所述標記好的試件進行滲透系數(shù)測試，?獲取試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)，將獲取的試件滲透系數(shù)數(shù)據(jù)與待模擬壩體原巖滲?透系數(shù)數(shù)據(jù)進行比較，選擇與待模擬壩體原巖滲透系數(shù)數(shù)據(jù)相近似的試件?滲透系數(shù)數(shù)據(jù)對應(yīng)試件的配比，該配比為最終待模擬壩體相似材料的配比。
[0066] 其具體方法為：實驗中主要測試骨膠比為3:1時不同保護劑比例的滲?透系數(shù)，根據(jù)達西定律，滲透系數(shù)就是在單位水壓梯度下，通過垂直于水?流方向的單位材料截面積的水流速度。由于相似模擬實驗中的幾何相似常?數(shù)都比較大，一般為100左右，實驗材料的強度相對較小，所以實驗中采?用導(dǎo)水率儀測試方法測試材料的滲透系數(shù)，滲透系數(shù)的計算公式如下。? 式中，K為滲透系數(shù)，其單位為mm/h；L為實驗材料?厚度，其單位為mm；h為水層厚度，其單位為mm；tn為間隔時間，其? 單位為h。其中Q為：式中，Q為n次滲出平均水量，?其單位為mm3；Q1、Q2、Q3…Qn為每次
滲水量，其單位為mm3；S為橫截面?積，其單位為mm2。
[0067] 取實驗材料完全放入水中浸泡48小時后開始測試，實驗時用集水筒?進程采集，待實驗持續(xù)1小時穩(wěn)定后開始計時，每隔1小時進行讀數(shù)一次，?并記錄下滲出的水量Q1…Qn。按照實驗材料不同配比中膠凝劑比例從大到?小，其中8組配比材料的滲透系數(shù)見表2所示。基本規(guī)律是驗材料中保護?劑比例越小，滲透系數(shù)越大，也進一步說明了材料越親水，其滲透性越強。
[0068] 表2實驗材料滲透系數(shù)/mm.h-1
[0069]
[0070] 現(xiàn)場取樣的人工壩體滲透系數(shù)測試結(jié)果為10.24～26.25mm/h，實驗幾?何相似常數(shù)Cl＝100，容重相似常數(shù)Cγ＝1.56，由流固耦合相似準則可得滲透?系數(shù)相似常數(shù)CK＝6.4，由此可計算出實驗材料的滲透系數(shù)為1.62～?4.10mm/h。由表2可知保護劑比例在1:16～1:20區(qū)間的材料實測的滲透系?數(shù)滿足實驗要求，材料的滲透系數(shù)介于相似理論的計算值內(nèi)，材料的滲透?性和人工壩體是相似的。
[0071] 通過大量試件的測定數(shù)據(jù)范圍的逼近如圖3所示的不同骨膠與保護劑?比例的滲透速率曲線圖，對不同骨膠與保護劑比例的試件測定得到的滲透?速率差異較大，其中1:17.5與1:18的滲透速率接近于人工壩體滲透速率換?算值，但是1:17.5的滲透速率波動較
1:18略大，因此這里選取1:18的比?例較為合理。
[0072] 經(jīng)過上述基巖模擬材料的配比設(shè)計及性質(zhì)測定，最終選取基巖骨膠比?a為3:1，骨膠與保護劑比例b為1:18，即干燥河沙、速干水泥、液態(tài)石蠟?的比值為3:1:18。
[0073] 測試實驗過程中難免會有誤差存在，為了驗證以上所得配比參數(shù)的準?確性，對試樣進行真三軸固液耦合壓縮模擬計算，材料配比按照3:1:18的?比例進行賦值，試樣采用基于Drucker-Prager(德魯克-普拉格)屈服準則?的塑性本構(gòu)模型，如圖4和圖5所示。并匹配Mohr-Coulomb準則，采用?水壓力施加圍壓，軸向采用位移控制加載，如圖6所示。不同圍壓下軸向?附加應(yīng)力與軸向總應(yīng)變關(guān)系對比圖如圖7所示，通過對比分析可得，所得?人工壩體相似材料配比符合原位壩體的變形破壞規(guī)律，能夠滿足流固耦合?條件下的試驗要求。
[0074] 本發(fā)明根據(jù)地下水庫人工壩體流-固兩相模擬試驗的要求，進行了相似?材料的研制，包括骨料、膠結(jié)劑、保護劑材料的選取及配比試驗，模型材?料試件的制作，模型材料試件的力學(xué)參數(shù)測試和水理性質(zhì)分析。根據(jù)試驗?結(jié)果，篩選出適合作為流固模型制作的相似材料及配比，根據(jù)連續(xù)介質(zhì)的?流固耦合數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了巖體介質(zhì)的彈性力學(xué)相似條件和水的流體力學(xué)?相似條件，依據(jù)彈性力學(xué)相似和流體力學(xué)相似給定的流固耦合相似準則，?確定流固耦合相似模擬的理論基礎(chǔ)。通過力學(xué)性能實驗和相似材料配比實?驗的多次逼近，研制了與原型的對應(yīng)配比的實驗材料，材料具有良好的非?親水性，力學(xué)變形性能穩(wěn)定的特點。相關(guān)耦合參數(shù)測試表明，實驗材料的?彈性力學(xué)參數(shù)與滲流力學(xué)參數(shù)與原型相似，滿足流固耦合相似模擬實驗的?要求。通過基于Drucker-Prager準則的三軸壓縮模擬計算表明，所得人工?壩體相似材料配比符合原位壩體的變形破壞規(guī)律，能夠滿足流固耦合條件?下的試驗要求。
[0075] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡?是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效?結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
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