[发明专利]一种再现裂隙的流固耦合相似模拟材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种再现裂隙的流固耦合相似模拟材料制备方法，适用于水文地质、3D打印与注浆充填采矿物理模拟使用。质量配比计为：河沙70％～80％，滑石粉10％～15％，液压油3％～5％，石蜡2％～8％，生物纤维质粉末1％～3％，聚乙烯醇pva可溶材料2％。将上述材料加热搅拌后放入模具定型，使定型后的磁疗充分与水接触，并完全融化，从而在模拟材料中形成不同造型的微小空腔，以模拟岩石体的中裂隙；其遇水不崩解，具有储水、透水能力，在模拟保水开采或注浆充填等流固耦合实验中具有较好的模拟效果；材料强度可在一定范围内调节，以实现不同岩层的模拟，原材料价格低廉易制备可快速大量制作。

技术领域

本发明涉及一种流固耦合相似模拟材料及制备方法，尤其适用于水文地质、3D打印与注浆充填采矿物理模拟使用的一种再现裂隙的流固耦合相似模拟材料及制备方法。

背景技术

物理相似模拟是研究采矿工程问题的一项重要实验方法，已经被广泛采用。传统的相似模拟材料主要由砂、石膏、碳酸钙、云母组成，在矿山压力、岩层运动等领域的研究中发挥了重要作用，成为该领域研究的一个重要手段。然而，实际的采矿工程多样化，还涉及到水、浆液等流体与岩体相互作用的多种问题，比如水体下开采、覆岩隔离注浆充填等场景。尤其是对于覆岩隔离注浆充填而言，在实际工况中，注浆浆液析水后，岩体并不崩解，而且由于天然岩体的储水能力，浆液中的析出水一部分被水吸收，另一部分则透过岩体向远处渗流，会对注浆压力等参数产生影响。只有使材料具有不崩解、吸水、透水能力，才能真实地反映实际工程中水、浆液等流体与岩体的相互作用，从而模拟这些工程问题。

由由砂、石膏、碳酸钙、云母组成的传统相似模拟材料，遇到水后很快发生崩解，由于注浆浆液的析水性，因此，这类传统材料不合适对上述流固耦合类工程问题的模拟。而一部分新型相似模拟材料虽然具有遇水不崩解的特点，但并不具有较好的吸水、透水能力，无法模拟天然岩石材料的储水与透水性。因此，现有材料无法适用于流固耦合条件下的采矿工程相似模拟，比如水体下开采、覆岩隔离注浆充填等场景。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种遇水不崩解，储水、透水性能好，能够存在模拟裂隙的相似模拟材料及制备方法。

本发明的现裂隙的流固耦合相似模拟材料，其特征在于按质量配比计为：河沙70％～80％，滑石粉10％～15％，液压油3％～5％，石蜡2％～8％，生物纤维质粉末1％～3％，聚乙烯醇pva可溶材料2％。

再现裂隙的流固耦合相似模拟材料成型的硬度与添加的石蜡质量比成正比，石蜡含量越多材料硬度越高。

一种再现裂隙的流固耦合相似模拟材料的制备方法，其步骤如下：

a.将河沙，石蜡，滑石粉，液压油，生物纤维质粉末，pva可溶材料按照质量进行配比；

b.将pva可溶材料制成0.1mm线径，长度2～5cm不等的裂隙体；

c.将河沙放入电热锅加热中加热并持续搅拌3分钟，待河沙加热后放入滑石粉继续保持温度继续搅拌均匀，搅拌时间约为1分钟～3分钟；

d.将河沙与滑石粉搅拌均匀后，向电热锅加入石蜡直至融化，继续保持温度将所有材料搅拌均匀，搅拌时间约为3分钟，之后再向电热锅加入液压油，继续搅拌时间1分钟；

e.将上述材料搅拌均匀后向电热锅内同时加入秸秆末与pva可溶性材料，之后保持温度继续搅拌1分钟～3分钟；

f.将步骤e获得的搅拌均匀的材料按照需要灌入模型容器或者模具内，放入过程中夯实铺平，静置24小时待其固结成型即可获得包含pva的模拟材料；

g.将包含pva的模拟材料入水中浸泡24～48小时，使其中预制的pva可溶性材料充分与水接触，并完全融化，从而在模拟材料中形成不同造型的微小空腔，以模拟岩石体的中裂隙；