[0001] 本发明涉及一种只用于大型混凝土结构振动台动力模型试验的仿真模型材料及其制备方法，本发明的仿真模型材料特别适用于大型水工混凝土结构、大型岩体结构，属于建筑工程领域。

[0002] 大型混凝土结构的受力特征、几何形状、边界条件较为复杂，地震作用下的结构动力特性更为复杂，尽管近些年数值仿真的分析方法有了一定的进展，但仍不能得到令人信服的结果。因此，对大型混凝土结构进行动力模型试验也是必要的手段。为了使模型能正确地反映原型结构的情况，原型和模型的几何、物理等条件必须满足模型相似条件，因此对模型材料的要求就显得相当重要。

[0003] 在振动台上进行大型混凝土结构模型试验时，需要将大体积混凝土原型结构大比例缩小至振动台能够承载的范围之内，这种缩尺经常是十几分之一，几十分之一，甚至上百分之一。那么，根据大缩尺模型试验相似定律，也需要将模型材料的弹模、强度等力学性能指标根据原型混凝土按照相似定律缩小，才还能在模型试验中模拟出原型结构的特性。

[0004] 在混凝土结构动力模型试验中对模型材料的基本要求是：与原型混凝土的物理力学特性相似，低弹模、低强度，养护时间短等特性；如果要在水工大坝模型试验中模拟库水作用，由于尽量要用原型水体模拟库水，因此在原模型水体密度比尺λwρ=1时，要求模型材料密度与混凝土密度接近；此外，模型材料还要保证模型试验时间内无显著的徐变，并在试验时受时间、温度、湿度等变化的影响较小，并且在加工模型试验时易于加工、经济合理。

[0005] 现有技术中很少有符合上述要求的仿真模型材料。

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种仿真模型材料及其制备方法，特别是一种适用于大型混凝土结构动力破坏模型试验的仿真模型材料，该仿真模型材料不仅可以做线弹性范围内的动力模型试验，还可以完成非线性范围内的动力破坏模型试验，并且制备该仿真模型材料的成本不高，与生产普通混凝土的成本差不多。

[0007] 本发明采用的技术方案是：一种大型混凝土结构仿真模型材料，其特征在于：包括质量百分比计的以下成分：水泥1.0 3.0%，水8.0 10.0%，矿石粉10.0 15.0%，重晶石粉20~ ~ ~ ~30%，重晶砂45 55%。
~

[0008] 本发明的大型混凝土结构动力破坏试验的仿真模型材料的各方面性质与普通混凝土相似，约为24000kg/m3，泊松比约为0.2；其强度及弹模均较常态混凝土低很多（约一至两个数量级），归一化的材料本构曲线与常态混凝土十分接近。

[0009] 制备本发明的仿真模型材料具体方案如下：（1）先按照权利要求1的要求配置好所需的各种成分；
 (2) 然后将配置好的矿石粉、重晶石粉、重晶石砂和水泥放入搅拌机拌合均匀；
（3）再将配置好的水加入搅拌机中继续搅拌均匀；
（4）将步骤（3）所得的混合物材料倒入模具振捣、浇筑成型，养护24h后脱模。

[0010] 本发明的仿真模型材料由于弹性模量及强度都很低，因此，在养护完成拆除模具时要求必须保证模具、拆模工具不能对模型造成严重磕碰，以避免导致模型出现损伤。

[0011] 本发明的有益效果是：该仿真模型材料不仅可以做线弹性范围内的动力模型试验，还可以完成非线性范围内的动力破坏模型试验，并且制备该仿真模型材料的成本不高，与生产普通混凝土的成本差不多。附图说明

[0012] 图1为本发明仿真材料制成的哑铃型拉伸标准试件示意图；图2为三组配合比仿真模型材料代表应力-应变本构曲线图；
图3为本发明仿真模型材料与普通混凝土归一化的应力-应变本构曲线对比图。
具体实施方案

[0013] 下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

[0014] 实例1：参看附图1-3，一种大型混凝土结构仿真模型材料，包括质量百分比计的以下成分：水泥1.0 3.0%，水8.0 10.0%，矿石粉10.0 15.0%，重晶石粉20 30%，重晶砂45 55%。~ ~ ~ ~ ~

[0015] 上述仿真模型材料的制备方法，包括以下步骤：（1）先按上述要求配置好所需的各种成分；
 (2) 然后将配置好的矿石粉、重晶石粉、重晶石砂和水泥放入搅拌机拌合均匀；
（3）再将配置好的水加入搅拌机中继续搅拌均匀；
（4）将步骤（3）所得的混合物材料倒入模具振捣、浇筑成型，养护24h后脱模, 然后就可以进行振动台模型试验。

[0016] 按照不同质量配合比制作本发明的仿真模型材料试验标准试件（10cm×10cm×10cm立方体标准抗压试件；中间为边长70mm的正方形，两端逐渐过渡到边长为100mm的正方形，试件总高度为200mm，其中间部分高度为100mm的标准拉伸哑铃型试件，图1所示；100mm×100mm×515mm的长方体四点弯曲标准试件），进行单轴压缩、单轴拉伸及四点弯曲试验，测得该仿真模型材料的物理力学性能，见表1。

[0017] 表1 仿真模型材料的质量配合比及物理力学性能由表1可知，三组不同配合比仿真模型材料的密度略高于普通混凝土密度，其弹性模量为8MPa～20MPa，抗压强度为0.3 0.5MPa，抗拉强度为0.02 0.05MPa。该仿真模型材料的密~ ~
度与普通混凝土接近，弹模及强度较普通混凝土小一到两个数量级，因此，该仿真模型材料较适合用大缩尺动力模型试验。三组不同配合比仿真模型材料抗压应力-应变本构曲线图如图2所示，其曲线线型与普通混凝土十分相似，均为线性上升段、非线性软化段、下降段及反弧段组成，归一化应力-应变曲线也与普通混凝土十分相似，如图3所示。

[0018] 因此，本发明的仿真材料采用少量水泥、水、矿石粉、重晶石粉、重晶石砂按照一定质量百分比混合拌制而成。其主要特点是密度、泊松比与常态混凝土相近，强度及弹模均较常态混凝土低很多（约一至两个数量级），归一化的材料本构曲线与常态混凝土十分接近。非常适合用该仿真模型材料进行振动台上的动力破坏模型试验，并且制备该仿真模型材料的成本不高，与普通混凝土差不多。

[0019] 以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。