[发明专利]一种松散颗粒体地层的相似材料及其制备方法

权利要求书

1.一种松散颗粒体地层的相似材料，其特征在于，包括用于作为骨架的巨粒材料，作为充填填隙的粗粒粒组以及用于作为充填胶结的细粒粒组，

所述巨粒材料为2～4目石英砂；粗粒粒组包括10～20目石英砂和20～40目石英砂；细粒粒组包括150目重晶石粉和600目重晶石粉。

2.根据权利要求3所述的一种松散颗粒体地层的相似材料，其特征在于，所述相似材料包括悬浮密实型地层相似材料、骨架空隙型地层相似材料和骨架空隙型地层相似材料。

3.根据权利要求2所述的一种松散颗粒体地层的相似材料，其特征在于，

所述悬浮密实型地层相似材料，按质量百分比，包括5％～10％的2～4目石英砂、10％～20％的10～20目石英砂、15％～25％的20～40目石英砂、20％～30％的150目重晶石粉和25％～35％的600目重晶石粉；

所述骨架空隙型地层相似材料，按质量百分比，包括30％～40％的2～4目石英砂、30％～40％的10～20目石英砂、5％～15％的20～40目石英砂、5％～15％的150目重晶石粉和5％～15％的600目重晶石粉；

所述骨架密实型地层相似材料，按质量百分比，包括20～30％的2～4目石英砂、20～30％的10～20目石英砂、0.5～5％的20～40目石英砂、20％～30％的150目重晶石粉和20％～30％的600目重晶石粉。

4.一种权利要求1-3任一项所述的一种松散颗粒体地层的相似材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据松散颗粒体地层的级配组成确定相似材料类型；

步骤2、根据相似材料类型对应的配比配制设定量的混合干料试样，调节混合干料试样的含水量，使其与松散颗粒体地层的含水率相同，得到相似材料中水的质量百分比；

步骤3、确定松散颗粒体地层与步骤1确定的相似材料之间的几何相似比；

步骤4、依据试验类型设定相似材料的性能参数，将相似材料与松散颗粒体地层的性能参数相似比与几何相似比进行比较，根据比较结果调节相似材料试样中粗粒粒组或细粒粒组中各材料的质量百分比，使相似材料的性能达到设定相似材料的性能参数，得到相似材料中各成分的质量百分比；

步骤5、按照试验所需求的相似材料总量，并结合步骤4得到的相似材料中各成分的质量百分比以及水的质量百分比配制相似材料。

5.根据权利要求4所述的一种松散颗粒体地层的相似材料的制备方法，其特征在于，步骤1中根据松散颗粒体地层勘察资料确定松散颗粒体地层的级配组成。

6.根据权利要求4所述的一种松散颗粒体地层的相似材料的制备方法，其特征在于，步骤4中所述几何相似比的确定方法如下：

根据松散颗粒体地层中巨粒粒组的平均直径与相似材料中巨粒材料的平均直径，计算出松散颗粒体地层与相似材料之间的粒径相似比，然后再根据粒径相似比和经济指标确定松散颗粒体地层与相似材料之间的几何相似比。

7.根据权利要求4所述的一种松散颗粒体地层的相似材料的制备方法，其特征在于，当进行力学与变形模拟试验时，所述性能参数为弹性模量E和粘聚力c。

8.根据权利要求7所述的一种松散颗粒体地层的相似材料的制备方法，其特征在于，所述弹性模量E和粘聚力c的调整方法如下：

弹性模量E的调整方法为，粗粒粒组总体含量不变，按照预定的增减百分比调整粗粒粒组中10～20目石英砂和20～40目石英砂的质量含量；

粘聚力c的调整方法为，保持细粒粒组总体含量不变，按照预定的增减百分比调整细粒粒组中600目重晶石粉和150目重晶石粉的质量含量。

9.根据权利要求4所述的一种松散颗粒体地层的相似材料的制备方法，其特征在于，进行松散颗粒体地层渗流与降水的模型试验时，所述性能参数为渗透系数k。

10.根据权利要求9所述的一种松散颗粒体地层的相似材料的制备方法，其特征在于，所述渗透系数的调整方法如下：

保持粗粒粒组总体含量不变，按照预定的增减百分比调整粗粒粒组中10～20目石英砂和20～40目石英砂的质量含量。