[发明专利]用于岩体裂隙非饱和渗流试验的毛细障碍材料及制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及岩体裂隙非饱和渗流、多相流试验领域，尤其涉及岩体裂隙非饱和渗流试验装置中毛细障碍材料的选取和制作，可用于构造岩体裂隙非饱和渗流试验的毛细障碍栅。

背景技术

在水利水电、石油二次开采以及核废料深埋处置等工程领域中存在许多裂隙岩体非饱和渗流或多相流问题。研究裂隙岩体非饱和渗流或多相流的关键是试验测定岩体裂隙毛细压力~饱和度、非饱和渗透系数~饱和度（或毛细压力）的函数关系，而毛细障碍栅是测定上述关系的驱替试验和非饱和渗流试验中的一个关键部件。若所选毛细障碍栅的进气值过低，则不能保证在试验所采用的毛细压力范围内阻止非湿润相穿过它的流动，导致试验失败；若所选毛细障碍栅的渗透系数过小，则会加大达到平衡所需的时间，延长整个试验时间。在土体非饱和渗流试验中常采用高进气值陶土板（进气值大于100kPa，渗透系数小于10^-6cm/s）作为毛细障碍栅。由于裂隙驱替试验和非饱和渗流试验中的最大毛细压力值不超过15kPa，为在试验所采用的毛细压力范围内，水相能顺畅通过，同时又能对非湿润相起阻挡作用，常选用导水性较好（相对于陶土板）、进气值适宜的多孔砂浆块作为毛细障碍栅。但目前使用的多孔砂浆块渗透系数在10^-5cm/s量级，仍不能很好地满足岩体裂隙非饱和渗流试验要求，主要问题是渗透系数小，试验时间长，完整测量一个试样的非饱和渗透系数需要一个月以上。

有基于此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的上述技术问题，本发明的目的是提供一种渗透系数大、进气值适中、适用于岩体裂隙非饱和渗流试验的毛细障碍材料及其制作工艺，其通过添加适当比例的透水混凝土增强剂，在不影响进气值的前提下，提高材料的渗透系数，为岩体裂隙非饱和渗流试验中的关键部件—毛细障碍栅的构造提供合适材料，且取材方便、制作简单、成本低。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于岩体裂隙非饱和渗流试验的毛细障碍材料，按重量份数计包括以下组分：

水130~150份、水泥100份、砂400~600份和透水混凝土增强剂3~4份混合浇筑而成，其中水、砂、透水混凝土增强剂的含量可按试验要求在上述比例范围内适当选取，所述的砂选用天然石英砂，砂的粒径为0.315～0.63mm，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，所述的透水混凝土增强剂选用德昌伟业品牌。

一种用于岩体裂隙非饱和渗流试验的毛细障碍材料的制作工艺，包括以下步骤：

（1）利用120目（0.315mm）和60目（0.63mm）筛网，对天然石英砂进行过筛，筛分出粒径范围为0.315～0.63mm的砂子，砂粒径均匀可使砂浆块的孔隙孔径均匀，确保较高的进气值和良好的导水性；

（2）将水泥、砂、透水混凝土增强剂按上述配比投入到混合处理器内混合搅拌均匀；

（3）把搅拌均匀的混合料倒入指定模子，加入要求比例的水，边搅拌边振捣形成透水砂浆；

（4）透水砂浆块连模养护7天后再脱模养护21天，即制作成功需要的毛细障碍材料—透水砂浆块。

本发明用于岩体裂隙非饱和渗流试验的毛细障碍材料及制作工艺与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、进气值适中（15kPa以上），超过各类岩体裂隙非饱和渗流试验中所需要的进气值；

2、渗透系数大（达到10^-4cm/s量级），比目前所使用的多孔砂浆块最大渗透系数大5~8倍以上，比高进气值陶土板渗透系数大2个数量级以上；

3、取材方便、制作简单、成本低，价格远低于高进气值陶土板，与多孔砂浆块价格相当；

4、能满足各类岩体裂隙非饱和渗流试验中毛细障碍栅的制作需要，具有较好的应用前景。

具体实施方式

本实施例的毛细障碍材料（透水砂浆块）由水泥、砂、水和透水混凝土增强剂等原料混合浇筑而成。透水砂浆块按原料组分重量计，由水 : 水泥 : 砂 : 透水混凝土增强剂=130~150 : 100 : 400~600 : 3~4混合浇筑而成，砂选用天然石英砂，粒径范围为0.315～0.63mm，水泥选用普通硅酸盐水泥，透水混凝土增强剂选用德昌伟业品牌。其中水、砂、透水混凝土增强剂的含量可按不同类型裂隙非饱和渗流试验要求在上述原料组分重量比例范围内适当选取。

本实施例的毛细障碍材料（透水砂浆块）的制作工艺如下：