模拟渐进崩解的红层软岩相似材料及其制备方法和装置与流程

本申请属于岩层相似材料，具体涉及一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料及其制备方法和装置。

背景技术：

1、红层软岩是一种在干湿循环条件下发生渐进式崩解的地质材料。它是一种沉积岩，形成于漫长的地质历史时期，在漫长的成岩过程中，虽然沉积物所处的温度和压力不是很高，岩石矿物不会发生变质作用，但岩石颗粒在长期的地层压力下，也会发生边角破碎、重结晶等地质作用，从而形成了紧密的嵌固作用，因此天然软岩的强度并非完全来自结合料的胶结作用，还来自颗粒之间的嵌固作用。这种嵌固作用，不会在软岩浸水过程中在水作用下一次性解体，而需要经过多次干湿循环才会逐渐松动，即随着烘干浸水次数或经历干湿循环次数的增多，软岩先解体为大块，然后大块逐步解体为小块，最终解体到最小粒度，以致最终崩解，呈现一种渐进式崩解的状态。

2、在室内实验研究过程中，由于天然岩石难以制备成需要的几何形状，通常采用相似材料制作相应缩尺试样、模型的方式来进行实验。相似材料与天然岩石特性的相似程度是决定实验结果准确性的关键因素。

3、相关技术中，以砂、重晶石粉、铁粉等作为骨料，以石膏、石灰、水泥、松香酒精溶液等作为胶结材料，在骨料中掺入胶结料成型后形成相似材料。成型后相似材料的强度主要取决于胶结料的特性，当胶结料易溶于水时，相似材料浸水后一次性崩解；当胶结料不溶于水时，相似材料就不会浸水崩解。这种相似材料可以模拟红层软岩的密度、强度、模量等基本物理力学性质，但是难以模拟红层软岩崩解的渐进性。

4、因此，实有必要提供一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料及其制备方法和装置以解决上述问题。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料及其制备方法和装置，以石英砂作为骨料，以低熔点的玻璃粉作为掺料，在高温作用下，玻璃粉熔化附着在其他固体颗粒表面，可润滑混合料中固体颗粒表面，加速颗粒间的移动和密实，冷却后凝固，能够使周围颗粒形成嵌固作用结构，可以很好的用于模拟天然红层软岩在干湿循环条件下的渐进崩解过程。

2、为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

3、一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：以石英砂作为骨料，掺入蒙脱石颗粒、玻璃粉及饱和氯化钠溶液形成混合料，其中，所述玻璃粉的熔点低于石英砂的熔点，玻璃粉的掺量为所述混合料总重的0.5-2％；

5、s2：将所述混合料拌和均匀，以高于玻璃粉熔点低于石英砂熔点的温度加热，使混合料中的玻璃粉熔化附着在混合料中的其他固体颗粒表面；

6、s3：在一定压力条件下压制所述混合料，冷却成型后完成制备。

7、优选的，所述玻璃粉选自硅钛透明玻璃粉。

8、优选的，所述玻璃粉的熔点为400-500℃，粒径为800目；石英砂的熔点为800-1000℃，采用多种粒径的砂体混合而成，其中40-70目砂体占比35％，70-110目砂体占比10％，110-200砂体占比20％，200-300目砂体占比35％。

9、优选的，所述步骤s2中，加热温度为500℃，所述步骤s3中，压制的压力为15-20mpa。

10、优选的，所述混合料中，石英砂的重量占比为38-39.5％，蒙脱石的重量占比为50％，饱和氯化钠溶液的重量占比为10％。

11、一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料，采用上述的制备方法制备而成。

12、优选的，所述模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的密度为1.83-1.95g·cm-3，孔隙度为14-21％，单轴抗压强度为5.94-10.42mpa，弹性模量为183.31-457.97mpa。

13、一种用于制备上述的模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的装置，包括支架、模具、加热系统及液压系统，所述模具包括模座、上模和下模，所述模座、上模和下模配合围成所述相似材料成型的型腔，所述加热系统用于对所述模具加热，所述上模与所述支架固定，下模与所述液压系统连接，所述液压系统驱动所述下模向靠近所述上模方向移动。

14、优选的，所述支架包括底部反力梁、顶部反力梁、第一支杆，所述底部反力梁和顶部反力梁相对平行间隔，所述第一支杆连接所述底部反力梁和顶部反力梁，所述顶部反力梁和所述第一支杆活动连接，用于调节所述顶部反力梁在所述第一支杆上的安装高度。

15、优选的，所述支架还包括第二支杆，所述第二支杆固定于所述底部反力梁上，并设置于第一支杆的内侧，所述加热系统包括加热炉、电阻丝、温度传感器及温控器，所述液压系统包括千斤顶及液压控制系统，所述加热炉固定于所述第二支杆的顶部，所述模座收容于所述加热炉内，所述上模穿过所述加热炉的顶部与所述顶部反力梁固定，所述下模穿过所述加热炉的底部与所述千斤顶的输出轴连接，所述千斤顶驱动所述下模向靠近所述上模方向移动，所述电阻丝及所述温度传感器均设置于所述加热炉内，所述电阻丝通电后对所述加热炉形成加热效果，所述温度传感器用于检测所述加热炉内的温度，所述温度传感器与所述温控器连接，向所述温控器发送检测数据，所述温控器根据检测数据控制所述电阻丝的运行；所述千斤顶与所述液压控制系统连接，由所述液压控制系统控制运行。

16、在本申请实施例中，以石英砂作为骨料，以低熔点的玻璃粉作为掺料，在高温作用下，玻璃粉熔化附着在混合料中的其他固体颗粒表面，可起到润滑固体颗粒表面的作用，加速颗粒间的移动和密实，冷却后凝固，能够使周围颗粒形成嵌固作用结构，可以很好的用于模拟天然红层软岩在干湿循环条件下的渐进崩解过程。

技术特征：

1.一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的制备方法，其特征在于，所述玻璃粉选自硅钛透明玻璃粉。

3.根据权利要求2所述的模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的制备方法，其特征在于，所述玻璃粉的熔点为400-500℃，粒径为800目；石英砂的熔点为800-1000℃，采用多种粒径的砂体混合而成，其中40-70目砂体占比35％，70-110目砂体占比10％，110-200砂体占比20％，200-300目砂体占比35％。

4.根据权利要求3所述的模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，加热温度为500℃，所述步骤s3中，压制的压力为15-20mpa。

5.根据权利要求1所述的模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的制备方法，其特征在于，所述混合料中，石英砂的重量占比为38-39.5％，蒙脱石的重量占比为50％，饱和氯化钠溶液的重量占比为10％。

6.一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制备而成。

7.根据权利要求6所述的模拟渐进崩解的红层软岩相似材料，其特征在于，所述模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的密度为1.83-1.95g·cm-3，孔隙度为14-21％，单轴抗压强度为5.94-10.42mpa，弹性模量为183.31-457.97mpa。

8.一种用于制备权利要求6-7任一项所述的模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的装置，其特征在于，包括支架、模具、加热系统及液压系统，所述模具包括模座、上模和下模，所述模座、上模和下模配合围成所述相似材料成型的型腔，所述加热系统用于对所述模具加热，所述上模与所述支架固定，下模与所述液压系统连接，所述液压系统驱动所述下模向靠近所述上模方向移动。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述支架包括底部反力梁、顶部反力梁、第一支杆，所述底部反力梁和顶部反力梁相对平行间隔，所述第一支杆连接所述底部反力梁和顶部反力梁，所述顶部反力梁和所述第一支杆活动连接，用于调节所述顶部反力梁在所述第一支杆上的安装高度。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述支架还包括第二支杆，所述第二支杆固定于所述底部反力梁上，并设置于第一支杆的内侧，所述加热系统包括加热炉、电阻丝、温度传感器及温控器，所述液压系统包括千斤顶及液压控制系统，所述加热炉固定于所述第二支杆的顶部，所述模座收容于所述加热炉内，所述上模穿过所述加热炉的顶部与所述顶部反力梁固定，所述下模穿过所述加热炉的底部与所述千斤顶的输出轴连接，所述千斤顶驱动所述下模向靠近所述上模方向移动，所述电阻丝及所述温度传感器均设置于所述加热炉内，所述电阻丝通电后对所述加热炉形成加热效果，所述温度传感器用于检测所述加热炉内的温度，所述温度传感器与所述温控器连接，向所述温控器发送检测数据，所述温控器根据检测数据控制所述电阻丝的运行；所述千斤顶与所述液压控制系统连接，由所述液压控制系统控制运行。

技术总结
本申请提供了一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的制备方法，以石英砂作为骨料，掺入蒙脱石颗粒、玻璃粉及饱和氯化钠溶液形成混合料，其中，所述玻璃粉的熔点低于石英砂的熔点，玻璃粉的掺量为所述混合料总重的0.5‑2％；将所述混合料拌和均匀，以高于玻璃粉熔点低于石英砂熔点的温度加热，使混合料中的玻璃粉熔化附着在其他固体颗粒表面；在一定压力条件下压制所述混合料，冷却成型后完成制备。本申请还提供一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料和一种模拟渐进崩解的红层软岩相似材料的制备装置。本申请可以制备能模拟红层软岩渐进崩解过程的相似材料，供相关研究的室内模型实验选用。

技术研发人员：阳栋,刘晓明,蒋东成,徐海锋,贾钦基,涂树杰,杨泽曦,李水生,何昌杰,张水
受保护的技术使用者：中国建筑第五工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11