铁晶砂混合相似材料力学性能影响因素的试验研究

发布时间：2021-10-24 04:35

　　选取模型试验中常用的铁晶砂混合相似材料制作试件,将相似材料试件置于不同压实次数、分层次数、界面处理方式条件下进行单轴压缩试验,得到单轴抗压强度和弹性模量,分析不同因素对相似材料力学性能的影响规律。结果表明:压实次数由1次增加至2次、4次、6次,材料的单轴抗压强度分别提高了4.7%,12.1%,13.9%,材料的弹性模量分别提高了37.1%,60.1%,65.3%;分层次数由1次增加至2次、3次、4次,材料的单轴抗压强度分别减少了15.8%,19.2%,25.7%,材料的弹性模量分别减少了17.3%,27.6%,37.5%;相比于使用松香酒精溶液处理分层界面,使用酒精处理和无处理时材料的单轴抗压强度分别减少了8.5%和26.8%,弹性模量分别减少了1.9%和6.1%。这些研究成果对提高模型试验精度具有一定意义。 

【文章来源】：矿业研究与开发. 2019,39(01)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

图１制作完成的试件

重晶石粉２０００．０５石英砂４００．１松香酒精浓度３４％０．０８２．２相似材料试件制作先把铁精粉、石英砂、重晶石粉按规定配比称量后充分搅拌均匀，加入松香酒精溶液进一步拌和，将拌和好的混合料倒入钢制模具内，使用ＳＡＮＳ万能试验机以３ＭＰａ的压力进行压实，最后将模具拆开、取出压制成型的试件，并放置在常温下干燥，制作完成的试件如图１所示。对完全干燥的各组试件进行单轴压缩试验，得到单轴抗压强度和弹性模量，分析不同因素对相似材料力学性能的影响规律，试验破坏后的试件如图２所示。图１制作完成的试件图２破坏后试件３试验结果及分析通过对３组相似材料试件进行单轴压缩试验，得到了各组材料的单轴抗压强度和弹性模量。３．１压实次数对相似材料力学性能的影响以压实次数作为自变量，相似材料的力学性质作为因变量，分别作单轴抗压强度σｃ与压实次数Ｎ的关系曲线及弹性模量Ｅ与压实次数Ｎ的关系曲线，并对试验数据进行拟合：σｃ＝－０．００７Ｎ２＋０．０８２６Ｎ＋１．１００１（１）Ｅ＝－８．５９３Ｎ２＋８６．１７１Ｎ＋１４１．８９（２）式中，Ｎ为压实次数，次；σｃ为单轴抗压强度，ＭＰａ；Ｅ为弹性模量，ＭＰａ。单轴抗压强度与压实次数拟合的相关系数Ｒ的平方值为０．９９８２，弹性模量与压实次数拟合的相关系数Ｒ的平方值为０．９７８３。试验数据及拟合曲线见图３所示。从图３关系曲线可以发现，相似材料试件的单轴抗压强度和弹性模量均会随压实次数的增加而增加，压实次数由１次增加至２次、４次、６次，材料的单轴抗压强度分别提高了４．７％，１２．１％，１

右时，随着压实次数的增加，试件的单轴抗压强度和弹性模量增加不大。图３压实次数对相似材料力学性能的影响在重塑土制备过程中，重塑土的密度与对其施加的压实功能有关［８］，压实次数增加使得作用在材料上的压实功能增加，密度随之增大。同样，相似材料的力学性能随压实次数的变化也可以这样解释，材料由骨料胶结而成，压实次数的增加，使得材料密实度提高、孔隙比变小，同时避免出现上紧下松的现象［９］，均质性提高，从而力学性能得到提高。因此，在制作相似材料试件时，保证压实次数在５次左右；在铺设大型相似材料模型时，应控制单次填料的压实次数，确保模型与试件的密度相同。３．２分层次数对相似材料力学性能的影响以分层次数作为自变量，相似材料的力学性质作为因变量，分别作单轴抗压强度σｃ与分层次数ｎ的关系曲线及弹性模量Ｅ与分层次数ｎ的关系曲线，并对试验数据进行拟合：σｃ＝－０．２３７ｌｎ（ｎ）＋１．３０８８（３）Ｅ＝－９０．７１ｌｎ（ｎ）＋３４２．８２（４）单轴抗压强度与压实次数拟合的相关系数Ｒ的平方值为０．９９８２，弹性模量与压实次数拟合的相关系数Ｒ的平方值为０．９７８３。试验数据及拟合曲线见图４。图４分层次数对相似材料力学性能的影响由图４可知，相似材料的单轴抗压强度σｃ及弹性模量Ｅ均会随分层次数的增加而不断降低。分层次数由１次增加至２次、３次、４次，材料的单轴抗压强度分别减少了１５．８％，１９．２％，２５．７％，材料的弹性模量分别减少了１７．３％，２７．６％，３７．５％。在分层面上，层与层之间会形成结构面［１０］，造成相似材料呈现

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3454584