相似材料模型試驗原料選擇及配比試驗研究.pdf

1、論文以國家科技支撐計劃項目“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，選擇什么樣原料以及如何確定原材料之間的比例關(guān)系進行了試驗研究。
　　本論文選擇水泥石膏作為模型試驗研究所用的相似材料，用石英砂做骨料，同時加入重晶石來調(diào)節(jié)材料密度。通過分析比較常用試驗設(shè)計方法的優(yōu)缺點，選擇正交試驗設(shè)計法進行相似材料配比試驗研究，利用編制的MATLAB

2、程序進行數(shù)據(jù)分析，取得的成果如下:
　　1、通過試驗研究可知，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)律有了更進一步的認識。
　　2、經(jīng)過分析和研究，設(shè)計制作了用于材料標(biāo)準試件制作的模具，并且在本次試驗中得到了很好的使用。在使用中，操作方便、結(jié)實耐用、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，提高了材料試驗的精度和速度。用該套模具制作的材料試件尺

3、寸完全能夠達到材料試驗規(guī)范的要求。
　　3、應(yīng)用正交試驗設(shè)計方法，以砂膠比、水泥石膏比和重晶石占骨料百分比為3個因素，每個因素設(shè)置5個水平，設(shè)計了25組材料配比方案，進行了外形體積測量、稱重、含水率測試、單軸壓縮試驗和劈裂試驗。經(jīng)過試驗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)巖體模型試驗對巖體相似材料的要求。對于后期的模型試驗可以從中選擇合適配比的相

4、似材料，而無需再進行配比試驗。也可以為其它模型試驗相似材料原料選擇和配比設(shè)計提供依據(jù)。
　　4、基于MATLAB計算軟件編制了用于正交試驗設(shè)計數(shù)據(jù)分析的程序。利用編制的正交試驗設(shè)計軟件，對相似材料密度、抗壓強度、抗拉強度進行極差和方差分析，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。在對材料強度影響的因素中，砂膠比是影響材料抗壓、抗拉強度最顯著的因素

5、，其次是水泥石膏比，重晶石在骨料中含量的變化對材料強度的影響非常小，可以忽略。各因素對材料強度影響規(guī)律為:隨著砂膠比的增加材料抗壓、抗拉強度減小;隨著膠結(jié)材料中水泥的增加材料抗壓、抗拉強度也增加;重晶石與石英砂的比例對材料強度的影響幾乎為零。在選擇相似材料時，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MATL

6、AB計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、抗壓強度指標(biāo)為Y2、抗拉強度指標(biāo)為Y3。利用編制的回歸分析軟件，分別對X1、X2、X3與Y1、Y2、Y3進行了回歸分析，得到由水泥石膏相似材料密度、抗壓強度和抗拉強度指標(biāo)推算材料配比的經(jīng)驗公式:
　　1) X1=9.621-0.637Y2-12.362Y3;
　　2) X2=0.123+0.