[0001] 本发明涉及一种类岩石材料，具体涉及一种富水软弱夹层砂质泥岩相似模拟材料及其制备方法。

[0002] 软弱夹层自身的松、软、碎、散的特性使其表现出明显的不连续性和软弱性，极易发生流变，对岩土工程项目表现出极其不利的影响。隧道含水软弱夹层中的砂质泥岩是一种在我国西南山区分布较广泛的软岩，具有干缩湿胀、易于风化的特性。西南山区地处亚热带季风气候，降雨频繁、环境潮湿，而环境湿度严重影响砂质泥岩易强度，这使得西南地区极易产生隧道岩体大变形，隧道突泥涌水频发现象，严重影响了隧道施工安全。为保障隧道工程安全建设和运营，亟需研发用于软岩模拟的相似模型材料来模拟不同类别的隧道岩土，以了解工程建筑对隧道岩石体所产生的影响。

[0003] 采用相似材料模拟试验是研究岩石力学工程及科学问题的主要方法。近些年来，国内外学者研制出诸多种类的相似材料，其中包括软硬岩复合岩层相似材料、深部岩相似材料、类石灰岩相似材料、灰岩相似材料、铁晶砂胶结相似材料、PSTO模拟材料、低强度和低弹性模量的软岩等相似材料。然而，前人对相似模拟砂质泥岩的研究中往往只关注相似材料的基本力学性能，对材料的水理性质关注较少，但在实际复杂的工况中必须考虑水的影响，先前的研究中鲜有涉及具体针对含水软弱夹层中的砂质泥岩相似材料的制备，现有的相似材料制备方法不能和含水软弱夹层中的砂质泥岩的重要力学性能和水理性质相似。

[0011] 下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

[0012] 本发明提供了一种富水软弱夹层砂质泥岩相似模拟材料，所述砂质泥岩相似模拟材料以河砂为骨料，石膏、高岭土为胶结材料，有机膨润土TY‑166、聚氨酯溶液、810胶为添加剂，按照质量份数计，上述原料的配比如下：河砂40～200份，石膏20～80份，高岭土40～160份，有机膨润土TY‑166 10～40份，聚氨酯溶液10～40份，801胶10～21份，其中：
所述河砂的粒径为40～200目，用于提高材料的脆性；
所述高岭土的粒径为325～1250目，用于提高材料的密实填充；
所述石膏的粒径为2000～3000目，石膏硬度为8  .5mp，用于提高材料的凝结时间与控制材料的强度；
所述有机膨润土TY‑166的粒径为200～400目，用于提高材料的密实度；
所述聚氨酯溶液为异氰酸酯（MDI‑50）和聚醚多元醇（N3O3）形成的混合溶液，具体制备方法如下：将异氰酸酯（MDI‑50）和聚醚多元醇（N3O3）按照质量比1：1室温下混合均匀即得，用于提高材料的吸水性和膨胀性。

[0013] 一种上述富水软弱夹层砂质泥岩相似模拟材料的制备方法，包括如下步骤：S1、称取原料：按照质量份数计，分别称取河砂40～200份，石膏20～80份，高岭土
40～160份，有机膨润土TY‑16610～40份；
S2、将称取的河砂、石膏、有机膨润土TY‑166、高岭土同时倒入搅拌机，充分拌合均匀，形成均匀固体混合体，控制搅拌转速为30～50rad/s，搅拌时间为5～10min；
S3、向均匀固体混合体中依次倒入10～40份聚氨酯溶液和10～21份801胶，快速搅拌均匀，形成均匀混合料，控制搅拌转速为80～100rad/s，搅拌时间为2～5min；
S4、将均匀混合料浇筑在模具中，进行制模，将装填好的试样模具放入23±2℃、湿度95％以上的恒温恒湿养护箱中养护24～48h，脱模，放入恒温恒湿箱中再养护7～10d，即得砂质泥岩相似模拟材料，其中：制模方法为：均匀混合料浇筑到模具中后进行压实，每层压实度为0 .75～0 .85，静置后进行脱模。

[0014] 实施例1S1、称取河砂100份，石膏20份，高岭土80份，有机膨润土TY‑16640份，其中：河砂的粒径为40目，高岭土的粒径为325目，石英粉的粒径为240目，石膏的粒径为2000目，有机膨润土TY‑166的粒径为300目。

[0015] S2、将称取的河砂、石膏、有机膨润土TY‑166、高岭土同时倒入搅拌机，充分拌合均匀，控制搅拌转速为50rad/s，搅拌时间为10min，形成均匀固体混合体。

[0016] S3、向均匀固体混合体中依次倒入10份聚氨酯溶液和20份801胶，快速搅拌均匀，控制搅拌转速为100rad/s，搅拌时间为5min，形成均匀混合料。

[0017] S4、将均匀混合料浇筑在模具中进行压实，每层压实度为0  .8，每层稳压2分钟，将装填好的试样模具放入23±2℃、湿度95％以上的恒温恒湿养护箱中养护24h，脱模，放入恒温恒湿箱中再养护7d，即得砂质泥岩相似模拟材料。

[0018] 实施例2S1、称取河砂100份，石膏20份，高岭土80份，有机膨润土TY‑16640份，其中：河砂的粒径为40目，高岭土的粒径为325目，石英粉的粒径为240目，石膏的粒径为2000目，有机膨润土TY‑166的粒径为300目。

[0019] S2、将称取的河砂、石膏、有机膨润土TY‑166、高岭土同时倒入搅拌机，充分拌合均匀，控制搅拌转速为50rad/s，搅拌时间为10min，形成均匀固体混合体。

[0020] S3、向均匀固体混合体中依次倒入15份聚氨酯溶液和20份801胶，快速搅拌均匀，控制搅拌转速为100rad/s，搅拌时间为5min，形成均匀混合料。

[0021] S4、将均匀混合料浇筑在模具中进行压实，每层压实度为0  .8，每层稳压2分钟，将装填好的试样模具放入23±2℃、湿度95％以上的恒温恒湿养护箱中养护24h，脱模，放入恒温恒湿箱中再养护7d，即得砂质泥岩相似模拟材料。

[0022] 实施例3S1、称取河砂100份，石膏20份，高岭土80份，有机膨润土TY‑16640份，其中：河砂的粒径为40目，高岭土的粒径为325目，石英粉的粒径为240目，石膏的粒径为2000目，有机膨润土TY‑166的粒径为300目。

[0023] S2、将称取的河砂、石膏、有机膨润土TY‑166、高岭土同时倒入搅拌机，充分拌合均匀，控制搅拌转速为50rad/s，搅拌时间为10min，形成均匀固体混合体。

[0024] S3、向均匀固体混合体中依次倒入20份聚氨酯溶液和20份801胶，快速搅拌均匀，控制搅拌转速为100rad/s，搅拌时间为5min，形成均匀混合料。

[0025] S4、将混合后的物料浇筑在模具中进行压实，每层压实度为0 .8，每层稳压2分钟，将装填好的试样模具放入23±2℃、湿度95％以上的恒温恒湿养护箱中养护24h，脱模，放入恒温恒湿箱中再养护7d，即得砂质泥岩相似模拟材料。

[0026] 实施例4S1、称取河砂100份，石膏20份，高岭土80份，有机膨润土TY‑16640份，其中：河砂的粒径为40目，高岭土的粒径为325目，石英粉的粒径为240目，石膏的粒径为2000目，有机膨润土TY‑166的粒径为300目。

[0027] S2、将称取的河砂、石膏、有机膨润土TY‑166、高岭土同时倒入搅拌机，充分拌合均匀，控制搅拌转速为50rad/s，搅拌时间为10min，形成均匀固体混合体。

[0028] S3、向均匀固体混合体中依次倒入25份聚氨酯溶液和20份801胶，快速搅拌均匀，控制搅拌转速为100rad/s，搅拌时间为5min，形成均匀混合料。

[0029] S4、将均匀混合料浇筑在模具中进行压实，每层压实度为0  .8，每层稳压2分钟，将装填好的试样模具放入23±2℃、湿度95％以上的恒温恒湿养护箱中养护24h，脱模，放入恒温恒湿箱中再养护7d，即得砂质泥岩相似模拟材料。

[0030] 实施例5S1、称取河砂100份，石膏20份，高岭土80份，有机膨润土TY‑16640份，其中：河砂的粒径为40目，高岭土的粒径为325目，石英粉的粒径为240目，石膏的粒径为2000目，有机膨润土TY‑166的粒径为300目。

[0031] S2、将称取的河砂、石膏、有机膨润土TY‑166、高岭土同时倒入搅拌机，充分拌合均匀，控制搅拌转速为50rad/s，搅拌时间为10min，形成均匀固体混合体。

[0032] S3、向均匀固体混合体中依次倒入30份聚氨酯溶液和20份801胶，快速搅拌均匀，控制搅拌转速为100rad/s，搅拌时间为5min，形成均匀混合料。

[0033] S4、将均匀混合料浇筑在模具中进行压实，每层压实度为0  .8，每层稳压2分钟，将装填好的试样模具放入23±2℃、湿度95％以上的恒温恒湿养护箱中养护24h，脱模，放入恒温恒湿箱中再养护7d，即得砂质泥岩相似模拟材料。

[0034] 将实施例1 5制备的砂质泥岩相似模拟材料，使用标准模具制成标准试样进行抗~压强度、抗拉强度、渗透性、膨胀性、吸水率等参数测试，并将其结果与含水砂质泥岩材料进行对比，具体结果见表1。

[0035] 表1实施例1 实施例5的性能参数~
由表1可知，含水软弱夹层的类砂质泥岩相似模拟材料抗压强度的范围是 0.86～
1.32MPa，抗拉强度的范围是0.03～0.012MPa，吸水率的范围是 4.5～11.3%，渗透系数的范‑5 ‑5
围是1.1×10 ～7.8×10 cm/s，膨胀率的范围是1.2～4.6%。其中实施例2与含水砂质泥岩力学性能和水理性质高度相似，表明此种相似材料可以较好的模拟实际含水泥岩夹层，通过调节配比，还可以模拟其他富水软岩。