[发明专利]具有渗流-化学-振动耦合特性灰岩相似材料及配制方法

权利要求书

1.一种具有渗流-化学-振动耦合特性的灰岩相似材料配制方法，包括以下步骤：

(1)通过实际工程原位测试，获取灰岩所处地应力、沉积水环境赋存信息；从工程现场取样加工成标准试样，再根据室内物理力学试验得到相关物理、力学参数；

(2)基于矿物成分和矿物微观结构分析结果，确定灰岩矿物成分及百分含量；再根据原岩粒度分析获得原岩矿物颗粒级配；

(3)根据提出的渗流-化学-振动耦合相似理论，几何相似常数、物理相似常数以及力学相似常数之间的相似关系如下：

λ_ε＝λ_μ＝λ_B＝λ_N＝1

其中，λ_L、λ_γ、λ_K、λ_σ、λ_ε、λ_E、λ_μ、λ_B、λ_f、λ_N分别表示长度、容重、渗透系数、应力、应变、弹性模量、泊松比、压拉比、边界面力、振动频率、振动循环次数的相似常数，并根据此计算得出理想类岩石材料的物理、力学参数；

(4)首先基于与原岩矿物成分和比例确定骨料种类和骨料之间的比例，其中骨料颗粒粒径和含量按照灰岩级配分布设置；根据原岩渗流-化学-振动耦合下的主要性质及相关物理力学参数确定胶结剂；最后根据实际需要选择四硼酸钠、聚羧酸减水剂和纳米氧化铝外加剂；

(5)通过均匀设计法进行配比方案的设计，确定因素及每个因素设置的水平数，得出试验配比方案，然后根据设计的方案开展试验；

(6)根据试验配比方案，制备相似材料试件，首先分别称量骨料、胶结剂、添加剂和水，考虑了灰岩沉积过程中的水环境，相似材料组成成份中包括水，通过密实加压模拟灰岩失水胶结成岩过程；硼砂在冷水中溶解较慢，可以用热水代替冷水；再将硼砂、聚羧酸减水剂、纳米氧化铝放入水中，充分搅拌至完全溶解、分散；将水溶液倒入搅拌锅内，加入胶结剂，用搅拌机先低速搅拌一分钟，再低速搅拌一分钟同时均匀地将骨料通过加沙漏斗加到搅拌锅中，然后高速搅拌一分钟，停止搅拌将锅壁上粘附的胶砂刮入锅内，再高速搅拌两分钟后结束搅拌；随后将已经涂好脱模剂的模具置于振动台上，分两次将相似材料倒入模具，每次振实一分钟，第一次振实结束表面凿毛处理，第二次振实结束后将表面抹平；加压、密实成型，试样在设定温度、湿度和压力条件下养护28天，最后卸压拆模，将试样取出；

(7)将拆模后的相似材料试样进行物理力学测试，对测试结果先进行直接观察看有无满足目标参数的组，若有则该组配比就是所求灰岩相似材料配比；若无则进一步对结果进行回归分析，根据回归模型计算出各因素的最佳水平并进行试样制备，养护后测定出目标物理力学参数，若符合则确定类岩石材料配比，若不符合则需重新考虑各因素及其水平进行试验，直到符合目标参数值。

2.根据权利要求1所述的配制方法获取的具有渗流-化学-振动耦合特性的灰岩相似材料，其特征在于，按照组成成份包括：

所述组成成份以重量计为：方解石砂71-98份，黏土粉1.5-24份，白云石粉0.5-5份，方解石砂、黏土粉和白云石粉共计100份；水泥9-150份，石膏11-125份，硼砂0.11-0.83份，减水剂0.08-0.90份，纳米氧化铝0.4-8.4份，水4.8-48.3份；

所述方解石砂粒径为0.01-0.35mm，黏土粉粒径为0.01-0.17mm，两种矿物粒径均分别按照原岩矿物颗粒级配分布，每种矿物颗粒按照对应级配曲线选择对应颗粒粒径；

所述白云石粉粒径全部为0.1mm；

所述水泥为硅酸盐水泥，标号为425；

所述石膏为建筑石膏；

所述硼砂为四硼酸钠；

所述减水剂为聚羧酸减水剂；

所述纳米氧化铝粒径为20nm。