白砂岩相似材料配比试验及特性分析

作者:贾宝新; 苑文雅; 马超义; 刘丰溥; 张建俊
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岩爆已经成为隧道工程中常见的灾难。物理模型试验是模拟和解决岩爆问题的有效科学手段。材料的选择和配比是制作物理模型的关键。以白砂岩成昆铁路峨米段月直山隧道为模拟对象,制备了白色砂岩的相似材料,介绍了弹性能指数、脆性指数和残余弹性能指数,采用正交设计方法对相似材料进行配比,并结合影响因素对试验结果进行了分析研究。以石英砂、铁粉、石膏、水泥、减水剂为主要原料,选取了四个影响因素:石英砂含量、铁粉含量、石膏水泥比和砂子粒度。每个因素设置四个设计水平,共有16组配比方案。测量了各试验方案中材料的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、弹性能指数、脆性指数和残余弹性能指数,并比较分析了这些指标在四个影响因素下的变化规律。最后,选择合理的材料配比方案,以获得符合白砂岩要求的类似材料。试验结果表明,所制备的材料在弹性能指数、脆性指数和残余弹性能指数方面均能满足类似白砂岩材料模型试验的要求。使用水泥作为胶结材料可以减缓类似材料的峰后曲线,有效提高材料的储能能力。中强度岩爆易发白砂岩类似材料的预制备关键是合理控制石英砂含量和石膏水泥比,然后根据实际情况调整铁粉含量和石英砂粒度。