岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3471-3480.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1930

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环氧树脂基脆性透明岩石相似材料配比试验研究

胡南燕1, 2,黄建彬1,罗斌玉1, 2,李雪雪1,陈敦熙1, 曾子懿1,付晗1,娄家豪1   

  1. 1. 武汉科技大学 资源与环境工程学院,湖北 武汉 430081; 2. 武汉科技大学 湖北省工业安全工程技术研究中心,湖北 武汉 430081
  • 收稿日期:2022-12-09 接受日期:2023-03-31 出版日期:2023-12-20 发布日期:2023-12-21
  • 通讯作者: 罗斌玉,男,1990年生,博士,讲师,主要从事岩石力学方向的研究。E-mail: binyul@126.com E-mail:hunanyan@wust.edu.cn
  • 作者简介:胡南燕,女,1991年生,博士,副教授,主要从事透明岩石相似材料方向的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.52304191);武汉市重点研发计划(No.2023020402010624)

Experimental study on proportioning of epoxy resin-based transparent brittle rock-like materials

HU Nan-yan1, 2, HUANG Jian-bin1, LUO Bin-yu1, 2, LI Xue-xue1, CHEN Dun-xi1, ZENG Zi-yi1, FU Han1, LOU Jia-hao1   

  1. 1. School of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, China; 2. Industrial Safety Engineering Technology Research Center of Hubei Province, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, China
  • Received:2022-12-09 Accepted:2023-03-31 Online:2023-12-20 Published:2023-12-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52304191) and the Key R&D Projects of Wuhan (2023020402010624).

摘要: 针对岩体内部裂隙的空间位置、发育程度、发展方向等无法直接观测的难题,使用透明材料制作相似模型是一个行之有效的方法。为了研究原料配比对透明岩石相似材料力学性质的影响规律,同时克服透明岩石相似材料常温下脆性度不够的缺陷,采用环氧树脂作为骨料,改性酸酐作为固化剂,外加松香饱和溶液(rosin saturated solution,RSS)来调节脆性,提出了脆性透明岩石相似材料试样的制备方法。应用全面试验设计法,研究环氧树脂与酸酐质量比和RSS含量对透明岩石相似材料物理力学参数的影响规律。结果表明:常温下制备的透明岩石相似材料具有良好的脆性。其中RSS含量对材料密度、抗压强度、弹性模量、峰值应变、抗拉强度、黏聚力和内摩擦角有显著影响,而环氧树脂与酸酐质量比对材料密度有显著影响。材料的密度、抗压强度、弹性模量、峰值应变、黏聚力和内摩擦角随着RSS含量的增加不断降低,抗拉强度随着RSS含量的增加呈现先降低后增加的趋势。材料密度随着环氧树脂与酸酐质量比的增加呈现先增加后降低的趋势。基于多元线性回归分析建立了脆性透明岩体相似材料力学性能与环氧树脂与酸酐质量比和RSS含量间的经验公式,为脆性透明岩石相似材料配比提供借鉴参考。

关键词: 脆性透明岩石, 相似材料, 配比试验, 力学特性, 环氧树脂

Abstract: In view of the difficulty that the spatial location, growth degree and development direction of cracks inside rock masses cannot be directly observed, the transparent materials are considered as the effective method to build similar models. In order to study the effect of raw material ratio on the mechanical properties of transparent rock-like material, and overcome the defect of insufficient brittleness of transparent rock-like material at room temperature, a novel method to prepare the transparent rock-like material is developed with epoxy resin as aggregate, modified anhydride as curing agent and rosin saturated solution (RSS) as brittleness adjustment. The influence of the mass ratio of epoxy resin to anhydride and the content of RSS on the physical and mechanical parameters of transparent brittle rock-like material were investigated using the comprehensive experimental design method. The results showed that the prepared transparent rock-like material possesses good brittleness at room temperature. Furthermore, RSS content has a significant impact on density, compressive strength, modulus of elasticity, peak strain, tensile strength, cohesion and internal friction angle of the rock-like material, while the mass ratio of epoxy resin to anhydride has remarkable impact on its density. With the increase of RSS content, the density, compressive strength, elastic modulus, peak strain, cohesion and internal friction angle of the rock-like material reduce, while the tensile strength shows a trend of decreasing first and then increasing. In addition, with the increase of the mass ratio of epoxy resin to anhydride, the density of rock-like material first increases and then decreases. Finally, an empirical formula between the mechanical properties of transparent brittle rock-like material and the mass ratio of epoxy resin to anhydride and RSS content is established using multiple linear regression analysis, which provides reference for preparing transparent brittle rock-like material.

Key words: transparent brittle rock, similar materials, proportioning test, mechanical properties, epoxy resin

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