Estudo experimental sobre as proporções razoáveis ​​de rocha

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9288 (2023) Citar este artigo

336 Acessos

Detalhes das métricas

A deterioração da resistência do maciço rochoso induzida pela água é um fator crucial para a instabilidade das encostas rochosas. Para mostrar melhor o processo de degradação da interação água-rocha nas encostas rochosas, usamos a bentonita como um regulador sensível à água para construir um novo material semelhante a rocha que corresponda às características da degradação da resistência induzida pela água com base nos materiais ligados cimento-gesso. Vinte e cinco esquemas de proporção de mistura de materiais foram projetados usando o método de design ortogonal considerando quatro fatores com cinco níveis variáveis, e uma variedade de experimentos foram conduzidos para obter parâmetros físico-mecânicos. Além disso, um grupo de proporção de material rochoso foi selecionado e aplicado ao teste do modelo físico em larga escala. Os resultados da experiência revelam que: (1) O modo de falha deste material rochoso é altamente semelhante ao dos maciços rochosos naturais, e os parâmetros físico-mecânicos variam numa ampla gama; (2) O teor de bentonita tem uma influência significativa na densidade, no módulo de elasticidade e na resistência à tração de materiais semelhantes a rochas; (3) É viável obter a equação de regressão baseada na análise de regressão linear para determinar a proporção de material rochoso; (4) Através da aplicação, o novo material semelhante a rocha pode efetivamente simular ou revelar o mecanismo de inicialização e as características de instabilidade de encostas rochosas sob degradação induzida pela água. Esses estudos podem servir de guia para a fabricação de material rochoso nos demais testes do modelo.

A instabilidade das encostas causa frequentemente enormes perdas económicas e vítimas, pelo que o mecanismo de instabilidade das encostas sempre foi uma questão de fronteira na investigação internacional de geologia de engenharia1,2. Os efeitos de enfraquecimento causados ​​pela interação água-rocha impactam significativamente na estabilidade das encostas rochosas3,4. Numerosos estudos de engenharia demonstraram que a instabilidade das encostas é normalmente observada durante a estação chuvosa5,6,7. Deslizamentos rochosos em grande escala são geralmente difíceis de examinar devido à sua estrutura complicada, forte rapidez e forte ocultação8,9. O teste do modelo físico pode revelar efetivamente as leis de deformação e evolução de maciços rochosos sob condições geológicas complexas na engenharia de rochas, que tem as vantagens de alta operabilidade, ciclo curto e resultados intuitivos . Como os materiais e a quantidade de mistura têm um impacto significativo nas propriedades do modelo físico, uma seleção científica e aceitável de material semelhante é o pré-requisito para o teste do modelo .

Desde o desenvolvimento dos testes de modelos físicos, muitos estudos foram realizados sobre a proporção de materiais semelhantes a rochas. Numerosas pesquisas preliminares foram conduzidas para descobrir os princípios fundamentais de seleção e mistura de materiais semelhantes a rochas . Posteriormente, um número crescente de materiais foi empregado para imitar diferentes tipos de rochas, que poderiam ser categorizadas em três grupos: rocha dura, rocha mole e materiais de acoplamento fluido-sólido. As propriedades físico-mecânicas, incluindo resistência e fragilidade, são os principais indicadores de semelhança com materiais semelhantes a rochas duras. O material ligado cimento-gesso é o mais comumente usado para simular rocha dura, e seus comportamentos mecânicos são consistentes com os do maciço rochoso natural. Porém, seu período de cura é mais longo19,20,21. A criação de materiais semelhantes a resina e álcool reduziu drasticamente o tempo de cura de materiais semelhantes a rochas, e esses materiais também apresentam alto peso volumétrico, baixo módulo de elasticidade e desempenho estável. Porém, a fragilidade do mesmo será reduzida ao mesmo tempo22,23,24. Para materiais semelhantes a rochas moles, seu efeito de amolecimento deve ser considerado para melhorar a validade dos testes de modelo25,26,27. O material semelhante a rocha acima mencionado enriqueceu enormemente a pesquisa de materiais semelhantes a rocha e lançou as bases para futuras pesquisas de testes de modelos.