本發(fā)明涉及巖體裂隙非飽和滲流、多相流試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)裝置中毛細(xì)障礙材料的選取和制作，可用于構(gòu)造巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)的毛細(xì)障礙柵。

背景技術(shù)：

在水利水電、石油二次開(kāi)采以及核廢料深埋處置等工程領(lǐng)域中存在許多裂隙巖體非飽和滲流或多相流問(wèn)題。研究裂隙巖體非飽和滲流或多相流的關(guān)鍵是試驗(yàn)測(cè)定巖體裂隙毛細(xì)壓力~飽和度、非飽和滲透系數(shù)~飽和度（或毛細(xì)壓力）的函數(shù)關(guān)系，而毛細(xì)障礙柵是測(cè)定上述關(guān)系的驅(qū)替試驗(yàn)和非飽和滲流試驗(yàn)中的一個(gè)關(guān)鍵部件。若所選毛細(xì)障礙柵的進(jìn)氣值過(guò)低，則不能保證在試驗(yàn)所采用的毛細(xì)壓力范圍內(nèi)阻止非濕潤(rùn)相穿過(guò)它的流動(dòng)，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗；若所選毛細(xì)障礙柵的滲透系數(shù)過(guò)小，則會(huì)加大達(dá)到平衡所需的時(shí)間，延長(zhǎng)整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間。在土體非飽和滲流試驗(yàn)中常采用高進(jìn)氣值陶土板（進(jìn)氣值大于100kPa，滲透系數(shù)小于10^-6cm/s）作為毛細(xì)障礙柵。由于裂隙驅(qū)替試驗(yàn)和非飽和滲流試驗(yàn)中的最大毛細(xì)壓力值不超過(guò)15kPa，為在試驗(yàn)所采用的毛細(xì)壓力范圍內(nèi)，水相能順暢通過(guò)，同時(shí)又能對(duì)非濕潤(rùn)相起阻擋作用，常選用導(dǎo)水性較好（相對(duì)于陶土板）、進(jìn)氣值適宜的多孔砂漿塊作為毛細(xì)障礙柵。但目前使用的多孔砂漿塊滲透系數(shù)在10^-5cm/s量級(jí)，仍不能很好地滿足巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)要求，主要問(wèn)題是滲透系數(shù)小，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，完整測(cè)量一個(gè)試樣的非飽和滲透系數(shù)需要一個(gè)月以上。

有基于此，提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種滲透系數(shù)大、進(jìn)氣值適中、適用于巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)的毛細(xì)障礙材料及其制作工藝，其通過(guò)添加適當(dāng)比例的透水混凝土增強(qiáng)劑，在不影響進(jìn)氣值的前提下，提高材料的滲透系數(shù)，為巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)中的關(guān)鍵部件—毛細(xì)障礙柵的構(gòu)造提供合適材料，且取材方便、制作簡(jiǎn)單、成本低。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)的毛細(xì)障礙材料，按重量份數(shù)計(jì)包括以下組分：

水130~150份、水泥100份、砂400~600份和透水混凝土增強(qiáng)劑3~4份混合澆筑而成，其中水、砂、透水混凝土增強(qiáng)劑的含量可按試驗(yàn)要求在上述比例范圍內(nèi)適當(dāng)選取，所述的砂選用天然石英砂，砂的粒徑為0.315～0.63mm，所述的水泥為普通硅酸鹽水泥，所述的透水混凝土增強(qiáng)劑選用德昌偉業(yè)品牌。

一種用于巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)的毛細(xì)障礙材料的制作工藝，包括以下步驟：

（1）利用120目（0.315mm）和60目（0.63mm）篩網(wǎng)，對(duì)天然石英砂進(jìn)行過(guò)篩，篩分出粒徑范圍為0.315～0.63mm的砂子，砂粒徑均勻可使砂漿塊的孔隙孔徑均勻，確保較高的進(jìn)氣值和良好的導(dǎo)水性；

（2）將水泥、砂、透水混凝土增強(qiáng)劑按上述配比投入到混合處理器內(nèi)混合攪拌均勻；

（3）把攪拌均勻的混合料倒入指定模子，加入要求比例的水，邊攪拌邊振搗形成透水砂漿；

（4）透水砂漿塊連模養(yǎng)護(hù)7天后再脫模養(yǎng)護(hù)21天，即制作成功需要的毛細(xì)障礙材料—透水砂漿塊。

本發(fā)明用于巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)的毛細(xì)障礙材料及制作工藝與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

1、進(jìn)氣值適中（15kPa以上），超過(guò)各類(lèi)巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)中所需要的進(jìn)氣值；

2、滲透系數(shù)大（達(dá)到10^-4cm/s量級(jí)），比目前所使用的多孔砂漿塊最大滲透系數(shù)大5~8倍以上，比高進(jìn)氣值陶土板滲透系數(shù)大2個(gè)數(shù)量級(jí)以上；

3、取材方便、制作簡(jiǎn)單、成本低，價(jià)格遠(yuǎn)低于高進(jìn)氣值陶土板，與多孔砂漿塊價(jià)格相當(dāng)；

4、能滿足各類(lèi)巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)中毛細(xì)障礙柵的制作需要，具有較好的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例的毛細(xì)障礙材料（透水砂漿塊）由水泥、砂、水和透水混凝土增強(qiáng)劑等原料混合澆筑而成。透水砂漿塊按原料組分重量計(jì)，由水 : 水泥 : 砂 : 透水混凝土增強(qiáng)劑=130~150 : 100 : 400~600 : 3~4混合澆筑而成，砂選用天然石英砂，粒徑范圍為0.315～0.63mm，水泥選用普通硅酸鹽水泥，透水混凝土增強(qiáng)劑選用德昌偉業(yè)品牌。其中水、砂、透水混凝土增強(qiáng)劑的含量可按不同類(lèi)型裂隙非飽和滲流試驗(yàn)要求在上述原料組分重量比例范圍內(nèi)適當(dāng)選取。

本實(shí)施例的毛細(xì)障礙材料（透水砂漿塊）的制作工藝如下：

（1）利用120目（0.315mm）和60目（0.63mm）篩網(wǎng)，對(duì)天然石英砂進(jìn)行過(guò)篩，篩分出粒徑范圍為0.315～0.63mm的砂子，砂粒徑均勻可使?jié)仓纳皾{塊孔隙孔徑均勻，確保較高的進(jìn)氣值和良好的導(dǎo)水性。

（2）將水泥、砂、透水混凝土增強(qiáng)劑等原材料按上述配比投入到混合處理器內(nèi)混合攪拌均勻。

（3）把攪拌均勻的混合料倒入指定模子，加入要求比例的水，邊加水邊攪拌邊振搗形成透水砂漿。

（4）將透水砂漿塊連模一起在養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7天后再脫模養(yǎng)護(hù)21天，即制作成功需要的毛細(xì)障礙材料—透水砂漿塊。

本實(shí)施例的材料與現(xiàn)有的多孔砂漿塊、陶土板的進(jìn)氣值和滲透系數(shù)比較見(jiàn)表1。

表1 透水砂漿塊、多孔砂漿塊、陶土板滲透系數(shù)和進(jìn)氣值

由表1可以看出，透水砂漿塊的進(jìn)氣值與多孔砂漿塊相當(dāng)，但滲透系數(shù)大5~8倍以上；雖然透水砂漿塊進(jìn)氣值遠(yuǎn)小于陶土板，但滲透系數(shù)大2個(gè)數(shù)量級(jí)以上。因此本發(fā)明所提出的材料滲透系數(shù)大、進(jìn)氣值適中，更適用于巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)添加適當(dāng)比例的透水混凝土增強(qiáng)劑，在不影響進(jìn)氣值的前提下，提高材料的滲透系數(shù)，為巖體裂隙非飽和滲流試驗(yàn)中的關(guān)鍵部件—毛細(xì)障礙柵的構(gòu)造提供合適材料，且取材方便、制作簡(jiǎn)單、成本低。