選取模型試驗(yàn)中常用的鐵晶砂混合相似材料制作試件,將相似材料試件置于不同壓實(shí)次數(shù)、分層次數(shù)、界面處理方式條件下進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn),得到單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量,分析不同因素對相似材料力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:壓實(shí)次數(shù)由1次增加至2次、4次、6次,材料的單軸抗壓強(qiáng)度分別提高了4.7%,12.1%,13.9%,材料的彈性模量分別提高了37.1%,60.1%,65.3%;分層次數(shù)由1次增加至2次、3次、4次,材料的單軸抗壓強(qiáng)度分別減少了15.8%,19.2%,25.7%,材料的彈性模量分別減少了17.3%,27.6%,37.5%;相比于使用松香酒精溶液處理分層界面,使用酒精處理和無處理時(shí)材料的單軸抗壓強(qiáng)度分別減少了8.5%和26.8%,彈性模量分別減少了1.9%和6.1%。這些研究成果對提高模型試驗(yàn)精度具有一定意義。 

【文章來源】：礦業(yè)研究與開發(fā). 2019,39(01)北大核心

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【部分圖文】：

圖１制作完成的試件

重晶石粉２０００．０５石英砂４００．１松香酒精濃度３４％０．０８２．２相似材料試件制作先把鐵精粉、石英砂、重晶石粉按規(guī)定配比稱量后充分?jǐn)嚢杈鶆�，加入松香酒精溶液進(jìn)一步拌和，將拌和好的混合料倒入鋼制模具內(nèi)，使用ＳＡＮＳ萬能試驗(yàn)機(jī)以３ＭＰａ的壓力進(jìn)行壓實(shí)，最后將模具拆開、取出壓制成型的試件，并放置在常溫下干燥，制作完成的試件如圖１所示。對完全干燥的各組試件進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，得到單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量，分析不同因素對相似材料力學(xué)性能的影響規(guī)律，試驗(yàn)破壞后的試件如圖２所示。圖１制作完成的試件圖２破壞后試件３試驗(yàn)結(jié)果及分析通過對３組相似材料試件進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，得到了各組材料的單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量。３．１壓實(shí)次數(shù)對相似材料力學(xué)性能的影響以壓實(shí)次數(shù)作為自變量，相似材料的力學(xué)性質(zhì)作為因變量，分別作單軸抗壓強(qiáng)度σｃ與壓實(shí)次數(shù)Ｎ的關(guān)系曲線及彈性模量Ｅ與壓實(shí)次數(shù)Ｎ的關(guān)系曲線，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合：σｃ＝－０．００７Ｎ２＋０．０８２６Ｎ＋１．１００１（１）Ｅ＝－８．５９３Ｎ２＋８６．１７１Ｎ＋１４１．８９（２）式中，Ｎ為壓實(shí)次數(shù)，次；σｃ為單軸抗壓強(qiáng)度，ＭＰａ；Ｅ為彈性模量，ＭＰａ。單軸抗壓強(qiáng)度與壓實(shí)次數(shù)擬合的相關(guān)系數(shù)Ｒ的平方值為０．９９８２，彈性模量與壓實(shí)次數(shù)擬合的相關(guān)系數(shù)Ｒ的平方值為０．９７８３。試驗(yàn)數(shù)據(jù)及擬合曲線見圖３所示。從圖３關(guān)系曲線可以發(fā)現(xiàn)，相似材料試件的單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量均會(huì)隨壓實(shí)次數(shù)的增加而增加，壓實(shí)次數(shù)由１次增加至２次、４次、６次，材料的單軸抗壓強(qiáng)度分別提高了４．７％，１２．１％，１

右時(shí)，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，試件的單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量增加不大。圖３壓實(shí)次數(shù)對相似材料力學(xué)性能的影響在重塑土制備過程中，重塑土的密度與對其施加的壓實(shí)功能有關(guān)［８］，壓實(shí)次數(shù)增加使得作用在材料上的壓實(shí)功能增加，密度隨之增大。同樣，相似材料的力學(xué)性能隨壓實(shí)次數(shù)的變化也可以這樣解釋，材料由骨料膠結(jié)而成，壓實(shí)次數(shù)的增加，使得材料密實(shí)度提高、孔隙比變小，同時(shí)避免出現(xiàn)上緊下松的現(xiàn)象［９］，均質(zhì)性提高，從而力學(xué)性能得到提高。因此，在制作相似材料試件時(shí)，保證壓實(shí)次數(shù)在５次左右；在鋪設(shè)大型相似材料模型時(shí)，應(yīng)控制單次填料的壓實(shí)次數(shù)，確保模型與試件的密度相同。３．２分層次數(shù)對相似材料力學(xué)性能的影響以分層次數(shù)作為自變量，相似材料的力學(xué)性質(zhì)作為因變量，分別作單軸抗壓強(qiáng)度σｃ與分層次數(shù)ｎ的關(guān)系曲線及彈性模量Ｅ與分層次數(shù)ｎ的關(guān)系曲線，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合：σｃ＝－０．２３７ｌｎ（ｎ）＋１．３０８８（３）Ｅ＝－９０．７１ｌｎ（ｎ）＋３４２．８２（４）單軸抗壓強(qiáng)度與壓實(shí)次數(shù)擬合的相關(guān)系數(shù)Ｒ的平方值為０．９９８２，彈性模量與壓實(shí)次數(shù)擬合的相關(guān)系數(shù)Ｒ的平方值為０．９７８３。試驗(yàn)數(shù)據(jù)及擬合曲線見圖４。圖４分層次數(shù)對相似材料力學(xué)性能的影響由圖４可知，相似材料的單軸抗壓強(qiáng)度σｃ及彈性模量Ｅ均會(huì)隨分層次數(shù)的增加而不斷降低。分層次數(shù)由１次增加至２次、３次、４次，材料的單軸抗壓強(qiáng)度分別減少了１５．８％，１９．２％，２５．７％，材料的彈性模量分別減少了１７．３％，２７．６％，３７．５％。在分層面上，層與層之間會(huì)形成結(jié)構(gòu)面［１０］，造成相似材料呈現(xiàn)

【參考文獻(xiàn)】：
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