相似材料模型試驗(yàn)原料選擇及配比試驗(yàn)研究.pdf

1、論文以國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“盾構(gòu)施工煤礦長(zhǎng)距離斜井關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”——課題六“煤層開采對(duì)斜井管片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響規(guī)律研究”為背景，就課題研究中采用相似材料模型試驗(yàn)，選擇什么樣原料以及如何確定原材料之間的比例關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
　　本論文選擇水泥石膏作為模型試驗(yàn)研究所用的相似材料，用石英砂做骨料，同時(shí)加入重晶石來調(diào)節(jié)材料密度。通過分析比較常用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行相似材料配比試驗(yàn)研究，利用編制的MATLAB

2、程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，取得的成果如下:
　　1、通過試驗(yàn)研究可知，水泥石膏是一種較好的模擬巖石的相似材料，并對(duì)水泥石膏相似材料的物理力學(xué)指標(biāo)規(guī)律有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
　　2、經(jīng)過分析和研究，設(shè)計(jì)制作了用于材料標(biāo)準(zhǔn)試件制作的模具，并且在本次試驗(yàn)中得到了很好的使用。在使用中，操作方便、結(jié)實(shí)耐用、在很大程度上降低了由于操作者技術(shù)差異引起的誤差，降低了同一批次試件物理力學(xué)性質(zhì)的差異，提高了材料試驗(yàn)的精度和速度。用該套模具制作的材料試件尺

3、寸完全能夠達(dá)到材料試驗(yàn)規(guī)范的要求。
　　3、應(yīng)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以砂膠比、水泥石膏比和重晶石占骨料百分比為3個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)置5個(gè)水平，設(shè)計(jì)了25組材料配比方案，進(jìn)行了外形體積測(cè)量、稱重、含水率測(cè)試、單軸壓縮試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)得到了一系列不同配比下的水泥石膏相似材料的基本物理力學(xué)指標(biāo)。不同配比的相似材料物理力學(xué)指標(biāo)分布的范圍較大，能夠滿足不同性質(zhì)巖體模型試驗(yàn)對(duì)巖體相似材料的要求。對(duì)于后期的模型試驗(yàn)可以從中選擇合適配比的相

4、似材料，而無需再進(jìn)行配比試驗(yàn)。也可以為其它模型試驗(yàn)相似材料原料選擇和配比設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　4、基于MATLAB計(jì)算軟件編制了用于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析的程序。利用編制的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件，對(duì)相似材料密度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度進(jìn)行極差和方差分析，得到主要和次要影響因素。影響密度的主要因素為砂膠比和重晶石的含量，其規(guī)律為:隨著砂膠比的減小、重晶石含量的增加，材料密度增大。在對(duì)材料強(qiáng)度影響的因素中，砂膠比是影響材料抗壓、抗拉強(qiáng)度最顯著的因素

5、，其次是水泥石膏比，重晶石在骨料中含量的變化對(duì)材料強(qiáng)度的影響非常小，可以忽略。各因素對(duì)材料強(qiáng)度影響規(guī)律為:隨著砂膠比的增加材料抗壓、抗拉強(qiáng)度減小;隨著膠結(jié)材料中水泥的增加材料抗壓、抗拉強(qiáng)度也增加;重晶石與石英砂的比例對(duì)材料強(qiáng)度的影響幾乎為零。在選擇相似材料時(shí)，所選取重晶石的粒徑應(yīng)與石英砂粒徑相同。這樣在確定材料強(qiáng)度選取砂膠比之后，我們可以隨意調(diào)整重晶石與石英砂的比例關(guān)系，從而來調(diào)整材料密度以模擬不同密度巖層。
　　5、基于MATL

6、AB計(jì)算軟件編制了用于回歸分析的軟件?；貧w分析中，設(shè)砂膠比為X1、水泥占膠結(jié)材料百分比為X2、重晶石占骨料百分比為X3、密度指標(biāo)為Y1、抗壓強(qiáng)度指標(biāo)為Y2、抗拉強(qiáng)度指標(biāo)為Y3。利用編制的回歸分析軟件，分別對(duì)X1、X2、X3與Y1、Y2、Y3進(jìn)行了回歸分析，得到由水泥石膏相似材料密度、抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度指標(biāo)推算材料配比的經(jīng)驗(yàn)公式:
　　1) X1=9.621-0.637Y2-12.362Y3;
　　2) X2=0.123+0.