深部高地應(yīng)力區(qū)軟巖巷道模型相似材料研究.pdf

1、軟巖是一種特定環(huán)境下具有顯著塑性變形的復(fù)雜巖石力學(xué)介質(zhì)，且其單軸抗壓強(qiáng)度低、應(yīng)力應(yīng)變曲線無明顯峰值點(diǎn)。本文運(yùn)用相似理論，按照相似材料與原型巖體的應(yīng)力應(yīng)變曲線的整個(gè)過程相似的原則，包括強(qiáng)化階段、軟化階段及其殘余強(qiáng)度相似，對相似材料進(jìn)行配制。首先，利用數(shù)值模擬方法，分析了軟巖的變形模量、摩擦角、粘聚力、泊松比等物理力學(xué)參數(shù)對軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性影響的敏感性，目的在于確定影響圍巖穩(wěn)定性的最敏感因素，從而在模型試驗(yàn)相似材料的配制過程中嚴(yán)格控制該因

2、素，否則會(huì)影響模型試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。最終得出彈性模量和內(nèi)摩擦角是較敏感的因素。
　　 根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果對相似材料進(jìn)行配置，配制過程采用正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，原料選取砂作為充填料，石膏、高嶺土、純粘土作為膠結(jié)料，黃油、甘油作為添加劑。選取其中的部分原料以不同比例進(jìn)行配制，運(yùn)用三軸試驗(yàn)儀進(jìn)行單軸、常規(guī)三軸試驗(yàn)。通過對各種不同原料配比下的相似材料應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行比選，選擇出最符合大變形特性的應(yīng)力應(yīng)變曲線，對應(yīng)的原料即是符合大變形要求的

3、原料，初步選定高嶺土、砂、甘油作為相似材料的原料。其次，依據(jù)正交設(shè)計(jì)方法，對目標(biāo)材料進(jìn)行預(yù)備模型材料配制，確定砂∶高嶺土∶甘油∶水以20∶10∶0.4∶1的比例配制的相似材料塑性變形最為明顯，且無明顯的峰值應(yīng)力。最后，優(yōu)化配比設(shè)計(jì)，進(jìn)行了三種配合比的試驗(yàn)工作。最終確定軟巖預(yù)備模型相似材料CL1采用砂∶高嶺土∶甘油∶水以10∶5∶1.3∶1的比例進(jìn)行配制。由于配合比CL1在制作大模型時(shí)，出現(xiàn)制模困難、凝固困難等問題，故進(jìn)行地二次相似材料試