[发明专利]一种固流耦合模拟实验用的承压含水层相似材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固流耦合模拟实验用的承压含水层相似材料,涉及相似材料技术领域，原材料包括固体材料和融合剂，固体材料为骨料、胶结材料和添加材料的混合物，其中，固体材料中的骨料：胶结材料：添加材料的质量比为7：10：0.1～7：10：1.5，融合剂为水，水的添加量占固体材料总质量的15～20％；本发明还公开了该承压含水层相似材料的制备方法。本发明以河沙为骨料，石膏、碳酸钙为胶结材料，锯末为添加材料，水为融合剂，按照一定比例制备出的相似材料能够满足室内模拟实验对承压含水层相似材料强透水性、低膨胀性、低强度、高完整性等要求。

技术领域

本发明涉及相似材料技术领域，尤其涉及一种固流耦合模拟实验用的承压含水层相似材料及其制备方法。

背景技术

室内相似材料模拟实验是研究工程突水灾害机理的重要手段之一，作为模拟关键围岩体的承压含水层相似材料需要满足以下条件：具有强透水性能；材料遇水后收缩、膨胀程度小，以减弱对模型的影响；材料需具有低强度，且遇水后保持高完整性的特性。

目前，承压含水层固流耦合相似材料普遍采用沙、石膏、碳酸钙和高压水组合，或直接以高压水代替，实验证明其效果不能较好的满足室内模拟实验对底板承压含水层模拟材料特性的基本要求：强透水性、低膨胀性、低强度、高完整性。

基于上述原因，有必要研制一种能满足室内固流耦合模拟实验对承压含水层相似材料特性要求的新材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种固流耦合模拟实验用的承压含水层相似材料及其制备方法，该承压含水层相似材料能满足室内相似模拟实验对相似材料的强透水性、低膨胀性、低强度、高完整性的要求。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种固流耦合模拟实验用的承压含水层相似材料，原材料包括固体材料和融合剂，固体材料为骨料、胶结材料和添加材料的混合物，其中，固体材料中的骨料：胶结材料：添加材料的质量比为7：10：0.1～7：10：1.5，融合剂为水，水的添加量占所述固体材料总质量的15～20％。

优选地，骨料为河沙，粒径小于3mm且级配均匀。

优选地，所述胶结材料为石膏和碳酸钙，且石膏与碳酸钙的质量比为1：1。

优选地，添加材料为普通的杨木锯末，选用直径小于1mm，长度5～20mm。

一种固流耦合模拟实验用的承压含水层相似材料的制备方法，包括如下制备步骤：

步骤一、常温下，按比例称取河沙、石膏、碳酸钙和杨木锯末；

步骤二、先将河沙、石膏和碳酸钙放置于搅拌机中充分混合；

步骤三、再加入锯末和水，快速搅拌5～10min，混合均匀后放入标准岩石试件试模中，压实制成成型的试件；

步骤四、静置48h后脱模，测试制得试件的物理力学性能。

采用上述方法制得的固流耦合模拟实验用的承压含水层相似材料，单轴抗压强度0.235～0.625MPa，渗透系数2.75×10^-4～4.24×10^-3cm/s。

本发明中，以河沙为骨料，石膏和碳酸钙为胶结材料，水为融合剂混合搅拌后，能够形成具有高强度、高完整性和低渗透性的基础相似材料，但遇水后，容易发生崩解和破坏，不能满足室内模拟实验的要求；为满足室内模拟实验对承压含水层相似材料的基本要求(强透水性、低膨胀性、低强度、高完整性)，在基础模拟材料中添加锯末，锯末能够加强材料吸水性和透水性，而不产生较大体积膨胀；添加锯末后能够大大降低基础材料的强度；同时，锯末成丝状能够加强各材料间的相互联结，增加材料遇水后的完整性和抗崩解性。

本发明的有益效果是，