砂粒径对相似材料力学特性的影响机理

齐琦^1,2，管伟明^1,2，温颖远^1,2

1. 新疆大学地质与矿业工程学院2. 新疆大学地质与采矿工程自治区级实验教学示范中心

摘 要：为探明砂粒径对相似材料力学特性的影响机理,提高相似物理模拟实验的精度,对0.1～3mm的11种粒径条件下的99个力学试件进行了单轴抗压测试及渗透系数测试,并从石膏水化反应机理和内外部结构特征两方面阐释了试件力学特性变化的规律及机理。研究发现:砂粒径对相似材料的抗压强度影响范围在-16.51%～49.79%之间,但总体上粒径对材料强度的影响成负相关关系;SEM电镜观察发现,在较小砂粒径条件下生成的CaSO₄·2H₂O晶体多以相互交织的针状和短粗棒状晶体呈现,材料强度也较大,而粒径大时多以层片状、板状出现,交织程度差,力学强度弱;表征观察发现,砂粒径越小的试件界面缝长度与宽度则越小,砂粒的比表面积越大,接触应力更加均匀,不易产生应力集中而破坏材料;相似材料的渗透系数随砂粒径的增加而增大;当粒径大小为1.5～2.0mm时,试件单轴抗压强度与目标值最为接近。

关键词：砂粒径;相似材料;石膏结晶;抗压强度;水化反应;