湿陷性黄土模型试验相似材料的制作方法[0002]相似材料是模型试验研究的一个重点也是难点，模型材料选择的正确与否直接决定着模拟原型的正确与否，用单一的天然材料直接作为相似材料的应用面是比较窄的，通常是用若干天然材料(尾砂、砂、粘土、铁粉、铅粉、重晶石、铝粉、云母粉、硅藻土等)和人工材料(软木屑、聚苯乙烯颗粒、水泥、水玻璃、氧化锌、石蜡、松香、树脂等)配制而成，因此,相似材料一般是多种成分的混合物，混合物的成分和配比，需要通过大量的配比试验才能满足。
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种制作方便、相似性良好的湿陷性黄土模型试验相似材料。[0004]为解决上述问题，本发明所述的湿陷性黄土模型试验相似材料，其特征在于:它由占总质量6%的石膏、占总质量14%的膨润土、占总质量10%的工业盐、占总质量50%的重晶粉和占总质量20%的砂混合，然后加入10%的自来水搅拌均匀而制得。[0005]所述的砂为0.05 mm的砂。[0006]本发明与现有技术相比具有以下优点: 1、对人工制备湿陷性黄土试样采用单线法进行湿陷试验，在压力为IOOkPa时湿陷量为7.46mm，对应湿陷系数为0.373 ;在200kPa时湿陷量为6.34mm，对应湿陷系数为0.317(见附图5)，即研制的湿陷性黄土模型试验相似材料产生了强烈的湿陷性，其湿陷变形特征与天然黄土具有很好的相似性(见附图6)。
[0007]2、对湿陷性黄土模型试验相似材料进行直剪试验，确定该组试样的强度指标C、V，剪应力与位移曲线在达到峰值以后便不在继续读数，取最大值为峰值强度；采用回归方法求得抗剪参数结果，回归系数为0.952，说明试样产生剪切破坏时垂直压力和剪切应力的回归系数较好，得到强度参数c=118.39kPa、Ψ=28.18°，由于在50°C恒温箱中烘干24小时后，取出试样进行的直剪试验，所以粘聚力c值偏大(见附图7)。
[0008]3、研制的湿陷性黄土模型试验相似材料在容重相似方面，通过调节无粘性的重晶石粉和砂的含量，能够使容重在一个比较大的范围内调节，模拟出一般湿陷性黄土容重在
1.33 ~1.81 g/ cm3 的范围。
[0009]4、空中自由下落方法应用在湿陷性黄土模型试验相似材料中，能够很好地模拟风成黄土的沉积条件和沉积过程，所形成的相似材料具有和天然湿陷性黄土类似的大孔隙性和多孔性，而且具有良好的压缩稳定性，遇水产生比天然湿陷性黄土更强烈是湿陷。
[0010]5、研制的湿陷性黄土模型试验相似材料具有类似天然黄土的结构性和材料的相似，以及强度参数指标的相似性，从而使强湿陷性黄土模型试验材料满足了与天然黄土的横向相似和大部分程度上的纵向相似；这样就可以克服天然湿陷性黄土由于地理位置和深度的不同，试验数据随机性大，很难直接进行对比的困难。
[0011]6、模型试验材料的结果具有重复性和控制性，可直接控制材料的组成，能够很好地评价组分变化的影响；还可人为改变影响湿陷性的因素，定性或定量的判断出各因素对湿陷性的影响程度；空中自由下落方法和相应的相似材料，为湿陷性黄土的研究开辟了一条新的途径，将大大推动黄土学科的研究和发展。



[0012]图1、湿陷性黄土模型试验相似材料各组成风。
[0013]图2、加水拌匀后的模型试验材料。
[0014]图3、自由下落法制取试样。
[0015]图4、人工制备湿陷性黄土试样。
[0016]图 5、固结湿陷性试验。
[0017]图6 UOOkPa和200kPa下试样高度与压力变化关系。
[0018]图7、剪应力与剪切位移关系曲线。

[0019]1、湿陷性黄土模型试验相似材料，它由占总质量6%的石膏、占总质量14%的膨润土、占总质量10%的工业盐、占总质量50%的重晶粉和占总质量20%的砂混合，然后加入10%的自来水搅拌均匀而制得(见附图1、2)。
[0020]2、在环刀上方200~400mm处放置Imm的筛，环刀放在铺有滤纸的透水石上，轻轻摇动筛，使混合材料自由下落直至装满环刀，试样要高于环刀，用颗粒的下落高度来模拟风的沉积作用，让颗粒随机自由的选择位置(见附图3)。
[0021]3、沉积完成后，小心整平试样的表面，避免对试样造成扰动，但这个时候的结构是不稳定的；由于试样高于环刀，对试样施加一个微小的垂直应力后，认为结构达到了亚稳定结构；还可以对试样继续增加材料，轻轻按压，直至孔隙率和干密度满足相似标准值，此时认为试样是足够稳定的，可允许移动，试样成形以后，避免扰动，放入50°C的恒温箱中烘干24小时，模拟黄土形成过程中比较干燥炎热的环境。
[0022]4、削平试样，使其各组密度相差在0.03 g/ cm3之内，完整的黄土模型试验相似材料就制作完成(见附图4)。