运用正交设计快速确定相似材料配比号
运用正交设计快速确定相似材料配比号
运用正交设计快速确定相似材料配比号1.引言在采矿工程学科中，相似模拟实验是煤矿开采室内研究的重要手段，其具有研究周期短、成本低、成果形象直观等特点，可以对影响因素进行重复分析，在煤层开采过程中的岩层移动与覆岩破坏规律研究中，得到了广泛的应用[1]。
相似模拟实验中模型材料是用与原型力学性质相似的材料，按一定比例关系铺设而成的模型，它具有原型结构的全部或主要特征。
大多数试验中相似材料的选择与配比都是针对特定的原型条件，所以相似材料的选择、配比对模型材料的物理力学性质有很大影响，对模型实验的成功与否起着决定性作用[2]。
2.存在问题通过自己参与和与同学讨论，我发现本校在相似材料模拟试验中对于材料的选择与配比存在很大的问题。
在材料的选择中，一般使用石英砂、石膏和石灰按照一定的比例混合，致使材料选择过于单一，对于特殊性质的相似材料缺乏研究。
在材料配比号的选择中，一般根据现有的辽工大的配比表得出配比号，随着各地地质环境的差异，原有的配比标准很难符合实际需要；即使相同的配比号，运用不同地方的原料做出的模型其力学特性也具有差异。
在相似材料的配比号选择中，如果通过改变单一变量的方法去试验，随着变量的增加，试验次数成几何倍数增加，无疑是一项巨大的工程。
为了在较短的实验周期内为模型中各岩层找到合适的材料配比，采用正交试验设计进行配比试验，是一种方便、快捷、可靠性高的方法。
3.试验过程3.1正交试验方案下面以对煤层的相似材料配比为例，简单介绍一下如何使用正交试验设计快速确定最佳配比号的方法。
设原型中煤层的单轴抗压强度为12.54MPa，原型与模型的几何比为100，容重比为1.6，应力比为160，模型中的单轴抗压强度为78.40 KPa[3]。
试验中主要考虑石英砂（A）、石灰与石膏含量比（B）和试件含水量（C）三个因素对试验结果的影响，在水中已添加1%的硼砂，所以C因素试件含水量也包含了硼砂的影响。
参考已有的材料配比表[4]，合理设置三个因素的三个水平，因素水平表如表1所示。
地质力学模型相似材料配比的正交试验研究_袁宗盼_陈新民_袁_媛_等
第３４卷第２期２０１４年４月防灾减灾工程学报Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３４Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１４地质力学模型相似材料配比的正交试验研究＊袁宗盼，陈新民，袁 媛，张 鹏（南京工业大学地质工程研究所，南京２１０００９）摘要：选择正确的相似材料是进行地质力学模型试验的前提，然而，选择合适的材料配比是成功模拟原型工程的关键。
经过对大量的相似材料研究现状的调研，在借鉴前人经验的基础上，选择以铁矿粉、重晶石粉、石英砂为骨料，松香酒精溶液为胶结剂，石膏为调节剂的铁晶砂胶结剂作为模型试验的相似材料。
采用正交试验法进行配比试验，选择了４因素３水平的正交试验表设置，一共９组配比试验方案，制作小模型试块。
通过对小模型试块的物理力学性质试验，获得了相似材料密度、抗压／拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等参数指标，运用极差分析法分析了各个因素对相似材料参数指标影响的主次关系以及影响的规律特性。
试验发现，胶结剂浓度对相似材料的主要参数指标影响显著。
关键词：相似材料；模型试验；正交试验；极差分析法；地质力学中图分类号：Ｐ５５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－２１３２（２０１４）０２－０１９７－０６Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｓｉｍｉｌａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＭｏｄｅｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ＴｅｓｔＹＵＡＮ Ｚｏｎｇ－ｐａｎ，ＣＨＥＮ Ｘｉｎ－ｍｉｎ，ＹＵＡＮ Ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ，ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｓｉｍｉｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ．Ｗｈａｔ′ｓ ｍｏｒｅ，ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｓｉｍｕ－ｌａｔｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｎｄｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｐｏｗｄｅｒ，ｂａｒｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ ｑｕａｒｔｚ ｓａｎｄ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ｏｆ ｔｈｅｓｉｍｉｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｓｉｎ ａｌｃｏｈｏｌ ｓｅｒｖｅｄ ａｓ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ ａｎｄ ｇｙｐｓｕｍｐｏｗｄｅｒ ａｃｔｅｄ ａｓ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ．Ｆｏｕｒ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｌｅｖｅｌｓ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔａｂｌｅ ｏｆ ａ ｔｏｔａｌｏｆ ９ｇｒｏｕｐｓ ｔｅｓｔｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｕｃｈ ａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｃｏｍ－ｐｒｅｓｓｉｖｅ／ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ，ｐｏｉｓｓｏｎ ｒａｔｉｏ，ｃｏｈｅｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ，ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｄｏｎｅ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｂｌｏｃｋ．Ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｌａｗ ｏｆ ｅａｃｈ ｆａｃｔｏｒ ｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ａｇｅｎｔｈａｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｍｉｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ；ｒａｎｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ＊收稿日期：２０１３－０５－１０；修回日期：２０１３－０８－０５基金项目：国家自然科学基金项目（４１１７２２５９、４１１０２１７８）资助作者简介：袁宗盼（１９８６－），男，硕士研究生。
水泥和石膏胶结相似材料配比的确定方法
水泥和石膏胶结相似材料配比的确定方法发布时间：2021-11-30T08:02:19.012Z 来源：《城镇建设》2021年第22期作者：冯蒙[导读] 采用正交试验法开发了物理力学参数可调的类似岩石材料。
采用正交试验法开发了物理力学参数可调的类似岩石材料。
冯蒙叶城天山公司，新疆叶城 844900摘要：采用正交试验法开发了物理力学参数可调的类似岩石材料。
以重晶石、铁精矿、石英砂为骨料开发了几个试验组，基于线性回归和方差分析，研究了物理力学参数与影响因素之间的定量关系。
可比材料的物理力学参数发生了不同程度的变化。
这符合大多数类似材料和石头的建模要求，线性回归分析定量评估了相似材料的物理力学参数与影响因素之间的关系。
并计算了不同因素的大小，水泥含量显著影响相似材料的密度、附着力和内摩擦角，甘油含量对相似材料的抗压强度和弹性模量有重要影响，这些因素对抗拉强度和泊松比没有显著影响，类似于岩浆物质的注入。
关键词：相似材料；正交试验设计；材料配比；1、前言相似模型试验在高山、矿山等复杂地质构造的研究中经常使用，与数值模拟分析相比，可以为实际工作提供科学的理论依据。
模型试验可以分析结构从弹丸塑性到整个破坏过程，这是一种直观而有说服力的研究方法相似材料的选择和比较对模拟结果起着重要作用，因此，开发岩石相似材料非常重要，它对应于原型和模型之间物理和力学参数的类比。
2、水泥砂浆的损伤特性这些模型中的许多都需要失败的尝试。
大多数模拟试验是在沉积岩中进行的。
大多数沉积岩，如砂岩、页岩和石灰石，主要由骨料和水泥组成，或者骨料本身是水泥颗粒，类似于所选灰泥的结构。
大量实验表明，水泥砂浆材料的降解性能基本上与现场岩石的降解性能相似，换句话说，与可比材料相比，水泥泡沫更适合模拟岩石。
2.1相似材料的选择相似材料选择的正确性将直接影响模型的试验结果。
根据材料可用性原则，回顾以往关于相似材料的工作和回顾建模方法，制造过程简单且无害，材料比率的变化极大地改变了材料的物理和机械参数。
浅谈正交试验法面层水泥混凝土配合比设计
第9期(总第221期)试验研究・淒谈IE交试验法面层水潟混凝土配合此谡计吴善圳(福州建通工程试验检测有限公司，福建福州350108)摘要以某高速公路弯拉强度为5.0MPa水泥混凝土面层配合比设计为例，根据原材料、路面结构及施工工作性要求,通过正交试验拟定混凝土配合比的控制性参数,选用水泥用量、砂率、用水量3个因素，并选用L/33正交表安排试验方案，通过测定坍落度、抗弯拉强度，对正交试验结果进行了分析,确定了目标配合比。
关键词正交试验;面层;水泥混凝土；配合比1正交试验目的及要求正交试验是利用正交表来安排与分析多因素、多指标试验优化的一种设计方法。
它是由试验因素的全部水平组合中,挑选部分有代表性的水平组合进行试验,通过对这部分试验的分析了解全面试验的情况，找出最优的因素水平组合。
指标是衡量试验效果的目标值。
如混凝土配合比最终试验结果要求达到抗弯拉强度、抗压强度、工作性、耐久性等相关要求。
本次试验指标为抗弯拉强度、坍落度。
因素是在试验中直接影响指标的事件，称它们为因素。
如混凝土配合比中的用水量、水泥用量、水灰比、砂率、外加剂掺量和品种等。
因素水平是因素在试验中所处状态的变化会引起指标的变化。
如水泥用量的变化、水灰比和砂率的变化等。
本次试验选用水泥用量、砂率、用水量3个因素水平，并选用L/33正交表安排试验方案,通过测定坍落度、抗弯拉强度两个指标,对正交试验结果进行回归分析,确定目标配合比。
2水泥混凝土路面配合比设计要求根据委托单位提供要求,配合比用于高速公路水泥混凝土面层，交通荷载等级为特重等级，设计抗弯拉强度为5.0MPa,施工坍落度30~50mm o3原材料选择及技术指标要求(1)水泥:漳平红狮水泥有限公司生产的P-O42.5水泥，水泥物理力学性能符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准要求。
(2)粗集料:石灰岩碎石，产地为联建隧道出口碎石场，经过筛分试验分析，试验选用4.75~26.5mm的连续级配碎石。
物理模拟相似材料配比的正交试验研究
・
量三个 因素对试件强度的影响进行分析研究 。
２ 试 验背景
九里 山矿某 工 作 面 在 回采 过 程 中受 底 板 灰 岩水 威 胁较 大 ，为研 究 底板 破 坏 突 水 机理 而 进 行 相 似模
表 ２ 岩层配 比试验 的因素水平
６ ２ ・
煤矿 代化
２ ０ １ ４ 年第４ 期
总第１ ２ １ 期
Ｂ ＞Ａ ＞Ｃ，表 明碳 酸 钙 与石 膏 含 量 比对 试 验 结果 影 响最 大 ， 而试 件含 水量 对试 验 结果 影 响最 小 。三 因 素 最优 水 平组 合 为 Ａ ２ Ｂ ３ Ｃ ３ ， 而 试验 方 案 中没 有 该 组
表 １岩 层 单 轴 抗 压 强 度
３ 试 验 过 程
３ ． １ 正 交试 验 方案
为 了在较 短 的试 验 周 期 内为模 型 中各 岩层 找 到 合适 的相似材料配 比，将采用正交设计的方法进行 配 比试 验 ， 试 验 中主要 考 虑 砂 胶 比 （ Ａ） 、 碳 酸 钙 与 石 膏含 量 比（ Ｂ） 和试 件 含 水 量 （ Ｃ） 三 个 因 素对 试 验 结 果 的影 响 ， 由于制 作 试件 时水 中添 加 １ ％的硼 砂 做 缓 凝剂 ， 所 以 ｃ因素 试件 含 水 量也 包 含 了硼 砂 的影 响 。 结合表 １ 和文献［ １ ］ 中相似材料配 比表 ， 可以合 理设 置 三个 因素 的三个 水 平 ， 因素水 平表 如 表 ２所示 。
煤矿 现 代化
２ ０ １ ４ 年第４ 期
基于正交设计模型相似材料配比试验研究
【 中图分类号】 Ｔ Ｕ ５ ２ ８ ． ０
【 文献标识码】 Ａ
【 文章编号】 １ ０ ０ １ — ６ ８ ６ ４ （ ２ ０ １ ５ ） １ １ — ０ ０ ０ １ 一 Ｏ ３
ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ｏＮ Ｓ Ⅱ Ⅱ ＡＲ Ｍ ＡＴ ＥＲＩ ＡＬ ＰＲｏＰ ｏＲＴ Ｉ ｏＮＩ ＮＧ Ｔ ＥＳ Ｔ
从图1中可以看出胶砂比a与水灰比b因14物理参数测定素曲线中密度值会随着材料用量的增加而增大但密对9组共54块配比材料分批进行称重压缩度值分布在16117gem之间其分布范围较小试验得到每组材料的密度抗压强度和弹性模量等所以各因素对密度影响不显著
蔡
正等： 基于正交设计模型相似材料配 比试验研究
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ３ ９ ０ ５ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｄ ｗ ｊ ｚ ． ２ ０ １ ５ ． １ １ ． ０ ０ １
Байду номын сангаас
基 于 正 交 设 计 模 型 相 似 材 料 配 比试 验 研 究
蔡 正， 潘 文
６ ５ ０ ５ ０ ０） （ 昆明理工大学建筑工程学院 ， 昆明
【 摘
要 】 将胶砂 比（ Ａ ） 、 水灰 比（ Ｂ ） 及水膏 比（ Ｃ ） 作为试验 因素 ， 设计 ３ 个 水平 ， 共 ９组试验 。对 每组进行
ＢＡＳ ＥＤ ｏＮ ｏＲＴＨｏＧｏＮＡＬ ＤＥＳＩ ＧＮ Ｍ ｏＤＥＬ ＣＡＩ Ｚｈ ｅ ｎ ｇ， ＰＡＮ Ｗｅ ｎ
（ Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ Ｅ ｎ ｇ ｉ ． ， Ｋ ｕ ｎ ｍ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ．ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｋ ｕ ｎ ｍ ｉ ｎ ｇ ６ ５ ０ ５ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
正交试验确定水泥混凝土最佳配合比的应用
正交试验确定水泥混凝土最佳配合比的应用摘要：正交试验法是数学的搭配和正交可比性的原则，得到最小试验次数的一种非常有效的方法。
本文采用正交试验法，在预应力混凝土空心板理论的设计中，得到了合理的桥梁比例。
关键词：正交试验；水泥混凝土配合比；应用；研究；1前言对于桥梁现场搅拌站，水泥混凝土配合比设计是其主要工作内容，做混凝土配合比设计原则是：在保证混凝土强度、耐久性、配合比设计和施工的和易性符合要求的前提下尽可能的降低水泥用量，降低项目成本，避免资源浪费。
影响混凝土强度的因素有水泥用量、水灰比和砂率。
根据传统的测试方法，在三个因子中分别选取3个不同的参数（称为level），需要进行27（33）个测试来得出结论，这既费时又费力。
而实验数据是无组织的，难以进行系统的分析。
正交试验方法，通过合理安排因素和水平，只在实验中进行代表性的部分，极大地提高了工作效率，并能对一系列检测结果进行科学分析。
水泥混凝土配比设计的基本原理是满足四项要求的抗弯强度、耐久性能、经济性能和工作性能。
混凝土坍落度，如果太小，不容易振动密实，努力铺平道路，甚至出现窝坑峰值；另一方面，对于混凝土，必须有最小的坍落度和最大的坍落度要求。
混凝土配合比设计，通常用于新种类的水泥和掺合料，水泥用量、水灰比、砂率、粒径大小、粗集料粒度分析和选型问题等。
由于不同配比的影响，如何设计和分析测试结果，是测试人员在短时间内测试并得出一个全面、正确结论的一个重要任务。
2试验目的与考核指标本实验的主要目的是找出最佳配合比。
水泥、水灰比、砂率等三种因素对混凝土强度的影响明显，希望通过试验找出分级范围内的规范要求，满足混凝土强度的影响。
3决定因素和水平考虑了水泥用量、水灰比和石子综合分级的选择，并对各因素进行了选择。
沙子的比例固定在32%。
从2~3.5cm、1~3cm、1~2cm、0.5~1cm4种类型的石子中选择了第三组石子。
根据四种石子的分级，设计了不同比例的三种不同的合成等级，编号为1#、2#和3#。
地质力学模型相似材料配比的正交试验研究
地质力学模型相似材料配比的正交试验研究地质力学作为一门工程科学，被广泛应用于矿产资源勘探、岩土工程结构设计、地震预测以及其他领域，其中材料的相似性是一个重要的研究课题。
为了满足地质力学领域的要求，开展相似材料配比的正交试验研究，旨在探究两种不同材料之间的相似性差异，从而提高实际项目的工程效果。
正交试验是研究两个参数对结果的影响的科学方法，可以迅速获得实验结果和结论。
将正交试验方法应用于地质力学领域的相似材料测试，可以有效把握被研究材料的性能特征，从而有助于理解材料的相似性差异，并在材料的模拟设计中取得更好的效果。
在实际研究中，以《地质力学模型相似材料配比的正交试验研究》为例，以某种地质力学物理模型为基础，研究了两种不同材料的相似性差异。
首先，建立一个材料相似性评价模型，根据地质力学模型的要求，比较两种材料的性能。
然后，确定正交试验的参数设置，对两种不同材料进行配比，得出各自的物理参数与性能曲线，可以比较两种材料的物理特性和性能变化趋势。
根据正交试验的结果，可以得出两种材料在不同参数设置时的优劣比较，即知道在特定参数环境下，哪种材料更适合特定地质力学模型。
此外，可以对比不同参数设置下的材料性能，并给出更为精确的材料性能曲线，有助于更好地模拟材料的性能变化趋势。
在实际应用中，正交试验法可以有效验证地质力学模型中建立的不同材料之间的相似性差异，并辅助优化配比方案，提高实际项目的工程效果。
此外，正交试验法还可以用于其他工程科学领域，实现性能的优化与精确测试。
总之，正交试验是一种有效的方法，可以为地质力学模型的相似材料配比提供保障，实现材料性能的优化，提高实际项目的工程效果。
未来的研究要深入探究材料的物理特性和性能变化及其对地质力学模型的影响，以便更好地了解材料的相似性差异，进一步优化这些研究方法。
以上就是关于《地质力学模型相似材料配比的正交试验研究》的3000字文章。
这个文章介绍了正交试验法在地质力学领域的应用，以及它对优化相似材料配比方案和提高实际项目的工程效果的作用，并对未来的研究方向做出了展望。
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运用正交设计快速确定相似材料配比号
1.引言
在采矿工程学科中，相似模拟实验是煤矿开采室内研究的重要手段，其具有研究周期短、成本低、成果形象直观等特点，可以对影响因素进行重复分析，在煤层开采过程中的岩层移动与覆岩破坏规律研究中，得到了广泛的应用[1]。
相似模拟实验中模型材料是用与原型力学性质相似的材料，按一定比例关系铺设而成的模型，它具有原型结构的全部或主要特征。
大多数试验中相似材料的选择与配比都是针对特定的原型条件，所以相似材料的选择、配比对模型材料的物理力学性质有很大影响，对模型实验的成功与否起着决定性作用[2]。
2.存在问题
通过自己参与和与同学讨论，我发现本校在相似材料模拟试验中对于材料的选择与配比存在很大的问题。
在材料的选择中，一般使用石英砂、石膏和石灰按照一定的比例混合，致使材料选择过于单一，对于特殊性质的相似材料缺乏研究。
在材料配比号的选择中，一般根据现有的辽工大的配比表得出配比号，随着各地地质环境的差异，原有的配比标准很难符合实际需要；即使相同的配比号，运用不同地方的原料做出的模型其力学特性也具有差异。
在相似材料的配比号选择中，如果通过改变单一变量的方法去试验，随着变量的增加，试验次数成几何倍数增加，无疑是一项巨大的工程。
为了在较短的实验周期内为模型中各岩层找到合适的材料配比，采用正交试验设计进行配比试验，是一种方便、快捷、可靠性高的方法。
3.试验过程
3.1正交试验方案
下面以对煤层的相似材料配比为例，简单介绍一下如何使用正交试验设计快速确定最佳配比号的方法。
设原型中煤层的单轴抗压强度为12.54MPa，原型与模型的几何比为100，容重比为1.6，应力比为160，模型中的单轴抗压强度为78.40 KPa[3]。
试验中主要考虑石英砂（A）、石灰与石膏含量比（B）和试件含水量（C）三个因素对试验结果的影响，在水中已添加1%的硼砂，所以C因素试件含水量也包含了硼砂的影响。
参考已有的材料配比表[4]，合理设置三个因素的三个水平，因素水平表如表1所示。
表1 煤层配比试验的因素水平
试验中因素水平确定为三因素三水平，根据正交试验原则，选用L9(34)正交表，共九组试验。
试验方案如表2所示。
表3 正交试验方案
3.2试验实施
根据正交表安排，按照9组不同的配比进行试验。
将按一定比例称量的砂子、石膏、石灰和水，搅拌均匀后装入铁质模具，制作尺寸为100mm 见方的试件，考虑到配比试验中操作及材料误差导致试件强度离散，同一配比试件制作3个，试件制作过程中捣实，试件表面抹平。
将试件在制作完成后两天脱模，风干15天，然后进行单轴压缩试验得到单轴抗压强度。
3.3试验结果分析
采用综合比较直观分析法对正交试验结果进行分析，如表3所示。
计算每个因素的各个水平所对应的试验结果的均值，最小值所对应的水平即为最优水平，从而得到各个因素的最佳水平组合。
如果得到的水平组合不在试验方案之中，需要增加试验，结果与原试验最佳方案比较。
同时根据各水平试验结果的均值基数
水平
因素
1
23
煤层
A B C 7:18:19:1
6:47:38:2
1/81/91/10
因素
试验号
123456789
1111221332122232313133213
3
2
A B C
按各因素的极差，极差越大说明对试验影响越大。
表中Ⅰj、Ⅱj、Ⅲj分别为各因素三个水平下试验结果之和，Ⅰj、Ⅱj、Ⅲj则分别为Ⅰj、Ⅱj、Ⅲj的均值。
表3 煤层模拟试验结果分析
试验号 A B C 试验指标
1 1 1 1 125.600
2 1 2 2 122.600
3 1 3 3 80.600
4 2 1 2 145.600
5 2 2 3 78.600
6 2 3 1 74.600
7 3 1 3 109.600
8 3 2 1 85.600
9 3 3 2 5.600
Ⅰj328.800 380.800 285.800
Ⅱj298.800 286.800 273.800
Ⅲj200.800 160.900 268.800
Ⅰj109.600 126.600 95.300
Ⅱj99.600 95.600 91.300
Ⅲj66.900 53.600 89.600
极差42.700 73.300 5.700
由表中可知，三个因素的极差大小顺序为B>A>C，表明石灰与石膏含量比对试验结果影响最大，而试件含水量对试验结果影响最小。
通过分析可知，三因素的最优水平组合为A3B3C3，而试验方案中没有该组合，需对组合A3B3C3增加试验，其结构与试验方案中最佳组合A3B3C2比较后，选择A3B3C3为最优水平组合，最终确定煤层的配比号为982，含水量为1/10。
4.结论
通过例子简单介绍了运用正交试验方法准确获取岩层的相似材料配比的方法，且试验周期短，与直接查表得出试验的配比号相比，相似材料更加符合与原型的相似比，有利于提高相似模拟试验的可靠性。
参考文献：
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