相似材料的配比试验.doc

矿业工程系
学生实验报告

　　　　　　　　课程名称　矿山压力与岩层控制　
专业名称　11级 采矿工程　　　
　　　　　　　　姓　　名　　 贺成林　　　 　
　　　　　　　　学　　号　1143817310 15　　　

矿业工程系实验室
２０14年05月27日
实验名称　　相似材料的配比试验　 　　 实验日期　2014年05月27 　　
指导老师　　　魏中举　 分组号　 　1　 实验地点　矿业工程系实验室　　

实验报告内容

一、实验目的
1．掌握按一定比例配制相似材料；
2．了解影响相似材料强度的主要因素；
3．学会测定标准试块的单轴抗压强度；
4．了解矿山压力相似材料模型的制作及试验研究方法。

二、实验仪器、设备
1.二维相似材料模型；
2.岩石力学伺服试验机。

三、实验内容
相似性原理：
（1）几何相似：模型与原结构之间所对应部分的尺寸成比例，模型比例即为相似常数。
（2）质量相似：模型与原模型结构对应部分的质量成比例。
（3）荷载相似：模型与原型在各对应点所受的荷载方向一致，荷载大小成比例。
（4）物理相似：模型与原型的各点的应力和应变、刚度和变形间的关系相似。
（5）时间相似：对结构的动力问题，在随时间变化的过程中，要求结构模型和原型在对应的时刻进行比较，要求相对应的时间成比例。
（6）边界条件：原型与模型在外界接触的区域各种条件保持相似。如支撑条件、约束情况、边界受力等相似。
（1）描述两个系统对应点的各物理量之间分别保持一个常数——相似常数；
（2）描述两个系统对应点的动态发展规律的基本物理参数相同，或者说各相似常数间保持一定的关系，即相似准则。因此，两个系统完全相似要求的条件是很严格的。
相似材料是用来模拟原型的，对它们的要求是：
（1）主要力学性质与模拟的岩层或结构相似。
（2）试验过程中材料的力学性能稳定，不易受外界条件的影响。
（3）改变材料配比，可调整材料的某些性质以适应相似条件的需要。
（4）制作方便，凝固时间短。
（5）成本低，来源丰富。材料配合后的力学性质往往受原材料成份、质量、细度与搅拌方式等多种因素的影响。即使是同一种配比的相似材料，其力学指标也可能有若干差别。因此，制作模型前应当根据自己的具体条件经过试验最终确定合适的配比。
相似材料配比试验一般步骤
1．根据标准模具体积，计算出每组3块标准试块的总重。根据配比号，以配比号（737）为例，砂胶比为7：1，即A:B:(1-B），再计算出各组分的重量，既砂子、碳酸钙(轻质Caco3)、石膏、硼砂、水的含量填入配比表，计算各组分材料所需要重量。
2．根据每组配比号所需的各种材料重量计算表，严格在台秤上秤取砂子、碳酸钙、石膏的重量，并放在一起搅拌均匀。同时将秤好重量的硼砂，放入称好重量的水中，待融化后加入搅拌料中，进一步搅拌，将干料搅拌成均匀的湿料。
3．将湿料分3～4次均匀地加入试模中，并逐次逐个捣实试模，待湿料凝固后将试块缓慢地进行脱模，然后在试块上标注材料的配比号，在室内进行养护。
4．将养护好的试样在台秤上秤出每组试件的总重量，计算出每组相似材料的平均容重。
5．将试样在试验机上进行单轴压缩试验，求出每组相似材料的平均抗压强度。
标准试块的单轴抗压强度的测定方法：
1、基本原理：岩石单轴受压至破坏时的最大压应力值称单轴抗压强度，以R表示。岩石单轴抗压强度的测定，一般采用直接压坏标准试件的方法。
2、仪器设备：岩石制样机械、钻石机、车床、锯石机、磨床、游标卡尺、直角尺、水平检验台、百分表架、百分表、材料试验机。
3、试件规格、加工精度、数量及含水量。
（1）采用圆柱体为标准试样，直径为5cm,允许变化范围为4.2~4.8cm;高度为10cm,允许变化范围为9.5~10.5.
（2）试样加工精度：试样两端面不平行度小于0.1cm；试样上下端直径偏差不得大于0.2cm.
（3）试样数量：试样数量按要求的受力状态或含水状态，每种情况下试样数量一般不少于3块。
4、测定步骤：
（1）测定前核对岩石试样名称和岩样编号，对试样的颜色，颗粒、层理、节理程度，含水状态及加工过程出现的问题整理。
（2）检查试样加工精度，量测试样尺寸。
（3）选择压力及机度盘，一般满足：

式中 -----预计最大破坏载荷；
-----压力机度盘最大值。
（4）试样安装：将试样置于压力机承压板的中心，调整有球形座的承压板，使之均匀受压。
5、成果整理和计算

四、实验总结
1．掌握按一定比例配制相似材料；
2．了解了影响相似材料强度的主要因素；
3．学会了测定标准试块的单轴抗压强度；
4．了解了矿山压力相似材料模型的制作及试验研究方法。