Экспериментальное исследование разумных пропорций камня

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9288 (2023) Цитировать эту статью

341 Доступов

Подробности о метриках

Ухудшение прочности горного массива под действием воды является решающим фактором нестабильности горных откосов. Чтобы лучше показать процесс деградации при взаимодействии воды и породы на склоне скалы, мы использовали бентонит в качестве водочувствительного регулятора для создания нового камнеподобного материала, который соответствует характеристикам деградации прочности под действием воды, на основе цементно-гипсовых связующих материалов. Методом ортогонального проектирования с учетом четырех факторов с пятью переменными уровнями построено 25 схем соотношения смеси материалов и проведены разнообразные эксперименты по получению физико-механических параметров. Кроме того, была выбрана одна группа пропорций камнеподобного материала и применена к крупномасштабному испытанию физической модели. Результаты эксперимента показывают, что: (1) режим разрушения этого камнеподобного материала очень похож на режим разрушения природных массивов горных пород, а физико-механические параметры варьируются в широком диапазоне; (2) Содержание бентонита оказывает существенное влияние на плотность, модуль упругости и прочность на разрыв каменных материалов; (3) На основе линейного регрессионного анализа можно получить уравнение регрессии для определения доли камнеподобного материала; (4) Благодаря применению новый камнеподобный материал может эффективно имитировать или раскрывать механизм запуска и характеристики нестабильности скальных откосов в условиях деградации, вызванной водой. Эти исследования могут служить руководством для изготовления камнеподобного материала в других модельных испытаниях.

Неустойчивость склонов часто приводит к огромным экономическим потерям и жертвам, поэтому механизм нестабильности склонов всегда был передовым вопросом в международных исследованиях в области инженерной геологии1,2. Эффекты ослабления, вызванные взаимодействием воды и породы, существенно влияют на устойчивость скальных откосов3,4. Многочисленные инженерные исследования показали, что нестабильность склонов обычно наблюдается в сезон дождей5,6,7. Крупномасштабные каменные оползни обычно сложно исследовать из-за их сложной структуры, сильной внезапности и сильной скрытности8,9. Испытание физической модели может эффективно выявить законы деформации и эволюции горных массивов в сложных геологических условиях в горных породах, что имеет преимущества высокой работоспособности, короткого цикла и интуитивно понятных результатов10,11,12,13. Поскольку материалы и количество смешивания оказывают существенное влияние на свойства физической модели, обязательным условием испытания модели является научный и приемлемый выбор аналогичного материала14,15.

С момента разработки испытаний физической модели было проведено большое количество исследований доли камнеподобных материалов. Были проведены многочисленные предварительные исследования для открытия фундаментальных принципов отбора и смешивания камнеподобных материалов16,17,18. Впоследствии для имитации различных типов горных пород использовалось все больше материалов, которые можно было разделить на три группы: твердые породы, мягкие породы и материалы, соединяющие жидкость и твердое тело. Физико-механические свойства, включая прочность и хрупкость, являются основными показателями сходства с материалами, подобными твердым породам. Материал на цементно-гипсовой связке чаще всего используется для имитации твердых пород, и его механические свойства соответствуют характеристикам естественной горной массы. Однако период его отверждения дольше19,20,21. Создание канифольных и спиртоподобных материалов позволило резко сократить время отверждения камнеподобных материалов, к тому же эти материалы обладают большим объемным весом, низким модулем упругости и стабильными эксплуатационными характеристиками. Однако при этом его хрупкость уменьшится22,23,24. Для мягких материалов, подобных горным породам, следует учитывать его смягчающий эффект для повышения достоверности модельных испытаний25,26,27. Вышеупомянутый камнеподобный материал значительно обогатил исследования камнеподобных материалов и заложил основу для будущих модельных испытаний.