相似材料模拟

相似材料模拟是一种建立在相似理论基础上，用扩大或缩小的模型，去研究对应原型的力学运动以及其它相关特性的一种实验方法。

该方法在矿山、地质、水利以及建筑等领域应用广泛。

在采矿领域，该方法已经广泛应用于诸如测定矿山来压，岩层破坏运移，地下水渗透以及无流动水的边坡稳定等问题的研究。

相似材料模拟实验一般分如下几个步骤：
1）选定几何相似常数。

根据要研究的采场埋深和采动影响范围以及现有架型综合确定。

常用的几何相似常数为100和200，根据采动影响范围，一般只模拟部分区域，地压欠缺部分由特制铁块上覆来补偿，也可采用专门的加压装置，如油缸等。

2）选定容重相似常数，一般根据常用的模拟材料来选定。

3）算出时间、位移、弹模、粘结力和强度等的相似常数，这些常数均可根据相似理论由几何相似常数和容重相似常数推导出来。

4）模拟材料的配制。

常用的原材料分两大类：
骨料：主要有砂、粘土和铁粉等
粘结材料：主要有石膏、水泥、石灰和石蜡等。

最常用的是河砂、石膏和大白粉的组合。

根据容重、弹模、粘结力和强度等相似常数，据原型的性质，确定出模拟材料的配比。

5）装模型，在试验台槽钢的保护下，按几何相似条件，逐层装上不同配比的模拟材料。

装的时候，一般虚铺1～2厘米左右即用特制工具压实，压的时候注意用力均匀。

各种不同的地质条件均须采用特定方法进行处理。

如节理面和夹泥层可用各种纸质互层处理，煤层可用粉碎的煤渣来模拟。

6）模型在室温情况下自然干燥一段时间后，即可拆除用来起保护作用的槽钢，若是模拟倾斜岩层的实验，可将试验台小心缓慢调整模型的倾角与煤层倾角一致，用测角器量测。

所有过程必须非常小心，否则会发生塌架而导致重装，浪费材料、人力和时间。

7）装上测定各种参数的装置或标志物。

比如测定地面下沉量常用的百分表，测定相对位移的贴片电阻，测定各点绝对位移用的小方格纸大头针。

可用全站仪测定表面位移。

8）在模型上进行开采实验，选用对应的液压支架模型进行开采模拟支护，同时起测量支撑力的作用。

模型实验的时候要求严格遵循几何相似常数和时间相似常数，动作要小心仔细。

模拟支架的制作：
常用相似材料模拟实验台按使用用途主要有：平面模拟试验台，立体模拟试验台，模拟倾斜岩层用的角度可调节平面试验台，模拟固液耦合的试验台。

其中平面模拟实验台最为常用，可用长度一般从1米到7米不等，可用高度一般为1.5～2.5米，可用宽度以0.2米居多。

主体部分由槽钢焊接而成，两侧竖向槽钢预留螺丝孔，以备实验时装横向保护槽用。

如需带侧向加压功能，须在侧面加侧向加压油缸组。

实验中常用到的附属设施有：玻璃板，起补偿压力作用的铁块，带手柄的压实用铁块，槽钢，角钢等。