[發(fā)明專利]流固耦合中隔水層相似模擬材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410452625.1
• 申請(qǐng)日: 2014-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104211362A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 連會(huì)青;夏向?qū)W;冉偉;鄭貴強(qiáng);李文;徐斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京邁賽富特科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C04B28/14
• 分類號(hào): C04B28/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水文地質(zhì)學(xué)與采礦學(xué)相結(jié)合的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種流固耦合中隔水層相似模擬材料及其制備方法。

背景技術(shù)

流固耦合問(wèn)題的相似模擬一直是研究的難點(diǎn)，主要是充當(dāng)隔水層的材料抗水性研究，因此開(kāi)展不同配比方案材料的抗水性研究是流固耦合模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)材料抗水性，目前主要選擇的添加劑有硅油、凡士林、石蠟，文獻(xiàn)中可供參考的材料配方較少，而且沒(méi)有考慮同時(shí)選用石蠟和凡士林來(lái)改善材料抗水性的成果。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種抗水性能良好的流固耦合中隔水層相似模擬材料及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種流固耦合中隔水層相似模擬材料，包括如下組分：中粗砂、石膏、碳酸鈣、石蠟和凡士林；石蠟的質(zhì)量摻量大于中粗砂、石膏、碳酸鈣質(zhì)量之和的8％，小于15％。

所述的凡士林的質(zhì)量摻量大于中粗砂、石膏、碳酸鈣質(zhì)量之和的8％，小于15％。

本發(fā)明還包括制備上述流固耦合中隔水層相似模擬材料的方法，包括以下步驟：將中粗砂、石膏、碳酸鈣按一定質(zhì)量配比組成粉末，模擬5種巖層，中粗砂、石膏、碳酸鈣的質(zhì)量比分別是中砂巖＝7∶3∶7、砂質(zhì)泥巖＝7∶6∶4、粉砂巖＝7∶5∶5、煤層＝9∶7∶3、細(xì)砂巖＝7∶4∶6，摻入凡士林和石蠟分別占粉末總質(zhì)量的8％～15％；均勻攪拌壓制成試件，各組試件經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)后制成抗水性能好的流固耦合中隔水層相似模擬材料。

均勻攪拌壓制成試件，各組試件經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)后制成抗水性能好的流固耦合中隔水層相似模擬材料。

通過(guò)上述本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的流固耦合中隔水層相似模擬材料具有良好的抗水性能。

附圖說(shuō)明

圖1石蠟抗壓強(qiáng)度的影響曲線示意圖；

圖2石蠟和凡士林摻量對(duì)材料抗壓強(qiáng)度的影響曲線示意圖；

圖3凡士林對(duì)材料彈性模量影響曲線示意圖；

圖4浸水后材料的單軸抗壓強(qiáng)度的變化曲線示意圖；

圖5石蠟摻量對(duì)材料抗壓強(qiáng)度滲透系數(shù)的影響曲線示意圖；

圖6石蠟摻量為8％時(shí)的吸水量變化曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明的目的是：通過(guò)開(kāi)展了流固耦合相似材料配比實(shí)驗(yàn)工作，選用石蠟和凡士林來(lái)改善材料抗水性，開(kāi)展了不同配比的材料試件單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試、浸水性、滲透性和吸水性實(shí)驗(yàn)，制作出抗水性能較好的流固耦合相似材料。

針對(duì)實(shí)際綜合地層柱狀圖中的5種巖層(即中砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、煤層、細(xì)砂巖)，利用中粗砂、石膏、碳酸鈣、石蠟和凡士林按一定配比均勻攪拌壓制成試件，各組試件經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)后測(cè)定其滲透率，并計(jì)算滲透系數(shù)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)隔水層滲透性參數(shù)和巖土滲透性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將滲透系數(shù)小于10^-5(cm/s)為抗水性良好的判別準(zhǔn)則，共完成48組實(shí)驗(yàn)。材料抗水性的實(shí)現(xiàn)，主要是摻入添加劑能夠改善抗水性，使結(jié)晶體的孔隙及溶解度發(fā)生變化，阻止水分子的侵入。這種摻入法簡(jiǎn)單，效果好。共設(shè)計(jì)48組實(shí)驗(yàn)，部分抗水實(shí)驗(yàn)方案及參數(shù)測(cè)試結(jié)果如表1。

表1部分抗水實(shí)驗(yàn)方案及參數(shù)測(cè)試結(jié)果表

注：當(dāng)調(diào)節(jié)劑的摻入量為零時(shí)，需摻入13％的水作為調(diào)節(jié)劑；

(1)抗水性實(shí)驗(yàn)相似材料的主要材料為石英砂、碳酸鈣、石膏、石蠟、凡士林。按照石蠟和凡士林摻量從0～10％的配比方案，模型材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原型地層的低強(qiáng)度、大變形和抗水性的相似模擬。

(2)調(diào)節(jié)石蠟的摻量可以改變?cè)嚰目箟簭?qiáng)度，石蠟的摻量越高，試件的強(qiáng)度就越高，當(dāng)石蠟的摻量達(dá)到8％以后，塑性變形能力較小，抗壓強(qiáng)度增大，但抗壓強(qiáng)度增幅變慢。

(3)凡士林作為良好的變形添加劑，有助于實(shí)現(xiàn)相似模擬材料的低強(qiáng)度和大變形特性。而石蠟具有良好的非親水性，可以控制相似材料的滲透性，模擬巖層的水理性。凡士林和石蠟的合理搭配，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，制作的模擬實(shí)驗(yàn)材料，能滿足固液耦合相似模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)材料抗水性的要求實(shí)驗(yàn)。

(4)不同配比方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，獲得了相似材料不同配比時(shí)的力學(xué)和抗水性變化規(guī)律，為確定不同類型隔水層的相似材料配比方案提供了依據(jù)。