[发明专利]一种超高密实度模拟月壤制备及检测方法

摘要

一种超高密实度模拟月壤制备及检测方法，首先搭建模拟月壤试验槽(3)放置在三维振动平台(1)上，并进行固定紧固，然后选取颗粒形态碱性橄榄玄武岩作为模拟月壤原材料并混合搅拌，得到模拟月壤，多次称取模拟月壤填入到模拟月壤试验槽(3)中，使用三维振动平台(1)及配重(4)振动得到超高密实度模拟月壤，最后测定模拟月壤相对密实度来判断制备的月壤是否达标。本发明方法通过模拟月壤颗粒级配配制与混合搅拌，解决了模拟月壤与实际月壤在粒径级配上存在差异的问题，实现了模拟月壤颗粒粒径分布的高等效模拟，另外，本发明通过对模拟月壤关键特性参数集与指标体系的检测，实现了参数指标量化可控的目的。

主权项

1.一种超高密实度模拟月壤制备及检测方法，其特征在于包括如下步骤：(1)月壤特性分析与模拟方法确定系统的分析月壤特性，包括月球环境、月球形成演变、月壤组成及物理性质、历次着陆点的月表剖面化学成分、矿物组成、相对密实度、颗粒形态、颗粒粒径级配、干密度性质，建立深层月壤剖面模型，明确完备的关键特性参数集与指标体系，确定孔隙比、含水量、内摩擦角和内聚力物理力学参数作为模拟的主要参数指标；(2)模拟月壤原材料的制备与检测模拟月壤原材料选取碱性橄榄玄武岩与玄武质火山渣，由普通辉石、斜长石、橄榄石、磁铁矿和玻璃组成，与实际月壤具有相似的化学成分和矿物组成，原材料的加工主要包括破碎与筛分两步，首先将采集的原材料利用鄂式破碎机进行初步粉碎，再采用雷蒙磨进行精加工，保证原材料棱角状与次棱角状的颗粒形态与真实月壤一致；粉碎后使用带有不同筛孔尺度和目数的标准筛进行筛分，颗粒需要分出10mm以上、1‑10mm、16‑150目、150‑180目、200‑240目、300‑500目、500目以上，保证颗粒粒径满足分级要求；加工与筛分完成后将原材料分批次放入烘箱烘干去湿，烘干温度控制在105‑110℃之间，烘干时间控制在8h以上，最终含水率达到小于0.4％，以模拟月壤无水干燥的状态；本阶段最后进行模拟月壤原材料性质检测，分别利用电镜扫描法、激光粒度法、比重瓶法、电热烘箱烘干法、X射线荧光分析、BSE影像法进行颗粒形态、颗粒粒径、比重、含水率、化学成分、矿物组成的测试，实现关键参数的等效程度量化可控；(3)全剖面模拟月壤的制备与检测全剖面模拟月壤的制备具体实施过程如下：a、在N段模拟月壤试验槽每段之间固定连接，然后竖直放置在三维振动平台上，其中，N为正整数；所述的模拟月壤试验槽为外径Φ520mm，内径Φ500mm的空心圆筒，总长2.5m；b、将放置在三维振动平台台面上的模拟月壤试验槽进行固定，并使用定位与紧固装置紧固；所述的定位与紧固装置为绑带锁紧结构；c、选取颗粒形态碱性橄榄玄武岩作为模拟月壤原材料并混合搅拌，得到模拟月壤；所述的颗粒形态碱性橄榄玄武岩包括棱角状、次棱角状的碱性橄榄玄武岩,粒径组成为小于0.01mm占13.51％，0.01‑0.025mm占11.99％，0.025‑0.05mm占12.83％，0.05‑0.075mm占8.24％，0.075‑0.1mm占5.53％，0.1‑0.25mm占14.2％，0.25‑0.5mm占10.2％，0.5‑1mm占8.5％，大于1mm占15％；d、称取质量mj的模拟月壤填入到模拟月壤试验槽中，然后将模拟月壤表面抹平，使第j段模拟月壤试验槽填满，其中，j的初值为1，j＝1，2，3…N；所述的mj为填满第j段模拟月壤试验槽需要的模拟月壤的质量；e、将配重放置在模拟月壤试验槽内，用防尘口袋盖住试验槽口；f、开启三维振动平台(1)，首先上下方向振动5分钟，频率30Hz，然后左右、前后、上下三个方向振动器全部开启，三个方向振动频率均调整至30Hz，振动15min后，测量振动后的模拟月壤高度h’；g、根据振动后的模拟月壤高度h'计算模拟月壤振动后密度ρd为其中，D为模拟月壤试验槽内径；如果模拟月壤振动后密度ρd达到模拟月壤的最大干密度，则终止振动，否则继续在X、Y、Z三个方向同时振动，直至模拟月壤振动后密度ρd达到模拟月壤的最大干密度；h、j＝j+1，重复步骤d～g，直至j＝N；i、利用质量体积法测定模拟月壤相对密实度Dr为其中，h_总为振动完成后N段模拟月壤试验槽中模拟月壤总高度，当模拟月壤中5mm以上的粒径级配比例不大于6％时，ρ′_dmax＝ρ_dmax，ρ′_dmin＝ρ_dmin，ρ_dmax为模拟月壤最大干密度，ρ_dmin为模拟月壤最小干密度，当模拟月壤中5mm以上的粒径级配比例大于6％时，其中，ρ5为模拟月壤中粒径为5mm以上的颗粒密度，P5为模拟月壤中5mm以上的粒径级配比例，如果模拟月壤相对密实度Dr大于100％，则制备达标，否则制备没有达标；然后分别利用三轴剪切试验、振动锤击法、量筒倒转法、环刀法进行摩擦角、内聚力、最大干密度、最小干密度、原位干密度的检测，实现物理力学参数的量化可控。