【摘要】：論文以國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“盾構(gòu)施工煤礦長距離斜井關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”——課題六“煤層開采對斜井管片結(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。 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)行了外形體積測量、稱重、含水率測試、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)對巖體相似材料的要求。對于后期的模型試驗(yàn)可以從中選擇合適配比的相似材料,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,其次是水泥石膏比,重晶石在骨料中含量的變化對材料強(qiáng)度的影響非常小,可以忽略。各因素對材料強(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��；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MATLAB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+0.915Y2-8.165Y3； 3)X3=-5.561+3.706Y1-0.915Y2+5.658Y3； 在以后的水泥石膏相似材料配比試驗(yàn)中可以用上述經(jīng)驗(yàn)方程根據(jù)欲得到的材料物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行配比設(shè)計(jì)。 本論文的研究成果,為今后水泥石膏相似材料的研究提供了一定的參考依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TU502

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2559892