深部高地應力區軟巖巷道模型相似材料研究.pdf

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

2、素，否則會影響模型試驗的準確性。最終得出彈性模量和內摩擦角是較敏感的因素。
　　 根據數值模擬的結果對相似材料進行配置，配制過程采用正交試驗優化設計的方法，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行配制，運用三軸試驗儀進行單軸、常規三軸試驗。通過對各種不同原料配比下的相似材料應力應變曲線進行比選，選擇出最符合大變形特性的應力應變曲線，對應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，依據正交設計方法，對目標材料進行預備模型材料配制，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，且無明顯的峰值應力。最后，優化配比設計，進行了三種配合比的試驗工作。最終確定軟巖預備模型相似材料CL1采用砂∶高嶺土∶甘油∶水以10∶5∶1.3∶1的比例進行配制。由于配合比CL1在制作大模型時，出現制模困難、凝固困難等問題，故進行地二次相似材料試