CN108485295B - 一种用于模拟泥石流实验的基础浆料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于模拟泥石流实验的基础浆料的制备方法，包括如下步骤：将如下重量份的原料组分放入反应釜中，均匀搅拌形成混合料：水300‑500份；木质素磺酸钠20‑30份；苯酚8‑10份；甲醛20‑25份；磺化剂10‑15份；碳酸钙50‑60份；硅粉5‑15份；水泥5‑15份；细核桃壳10‑20份；聚丙烯酸聚合物10‑20份；聚丙烯酰胺10‑20份；过硫酸钠1‑2份；卡波姆10‑20份；将所述混合料升温至130℃，反应2小时，将反应后的产物进行喷雾干燥获得固体粉料；将所述固体粉料与300‑500重量份的水、4‑5重量份的防腐剂混合均匀，静置溶胀12～24小时，获得所述基础浆料。本发明制备的基础浆料可以与土石颗粒新鲜配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料，可以非常准确地模拟泥石流研究地域的固体物料形态。
Description
技术领域
本发明涉及泥石流模拟实验领域，尤其涉及用于模拟泥石流的实验过程的粘性流体物料，特别涉及一种用于泥石流模拟实验的基础浆料的制备方法。
背景技术
泥石流是一种具有暴发性的地质灾害，对人类及其生存环境具有极大的危害，多发于山区由降水(暴雨、融雪、冰川)而形成的一种夹带大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流，具有强大的破坏力。
泥石流的调查评价与防治工程设计一直是工程地质学的一个重要课题。在进行一条泥石流沟防治工程设计时，要事先对全流域进行全面的勘测调查，以查明泥石流的发展史、活动现状和发展趋势。在调查的基础上，对泥石流危险程度进行评价，并采用多种分析比较，正确合理地确定泥石流防治工程设计的各项参数，为治理工程的经济、合理设计提供必需的数据，从而完成防治工程设计说明报告。当然，由于泥石流发生频率较低，很难跟踪调查正在发生的泥石流，且不同地域地质情况、不同时段降水情况差别较大，通过现场调查获取泥石流的相关参数往往满足不了实际需要，因而现实科研工作通常采用泥石流模拟实验来获取泥石流的相关特性，以用于泥石流的预测以及用于防灾、减灾、救灾工程设计。
CN 102147325 A中公开有泥石流模拟实验的现有技术装置，该现有技术在泥石流模拟实验过程中，需要在料斗中放置采集于泥石流研究地域的固体物料，向固体物料喷洒水模拟降雨，或者用水槽中的水对固体物料进行冲击，以引发泥石流来研究泥石流的发生机理。为了简便，有时也就近取土配制固体物料。除此之外，还有现有技术在研究泥石流的运动特性的时候，有时也直接将固体土石和液体预先配制成某种特定形态的泥石流，但是由于泥石流是随着时间和降水逐渐发展变化的，这种预先配制的特定形态的泥石流仅仅是泥石流发展过程中的某个特定时间的泥石流形态，最多只能模拟该特定时间之后的泥石流发展情况，对该特定时间之前的情况是无法模拟的，因此这种预先配制的特定形态的泥石流对于模拟实验来说是很不精确的，无法模拟泥石流的全面发生和发展过程。
而通过模拟降水的方式对固体物料喷洒水的时候，需要提供尽量接近泥石流研究地域的固体物料，从泥石流研究地域当地采集所需的固体物料是常用的方法，虽然这很难办到(路途艰险)且十分昂贵(运输困难)，但是很多研究项目为了追求实验结果准确，都不得不这样处理。然而即便如此，由于采集地和实验地相距遥远，采集时间和实验时间也间隔不定，使得采集获得的固体物料经长时间运输和堆放之后，物料干燥脱水、有机质发酵腐败导致性状发生极大的改变，尤其是固体物料的颗粒崩解变小、有机质丧失后颗粒间的粘性、结合紧密度降低很大，另外固体物料中的微生物大量死亡难以还原，导致最终实验时的固体物料已经不符合研究地域的实际情况，严重影响到泥石流模拟试验结果的准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于泥石流模拟实验的基础浆料的制备方法，以减少或避免前面所提到的问题。
具体来说，本发明提供了一种用于泥石流模拟实验的基础浆料的制备方法，通过制备的基础浆料与土石颗粒可以配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料，可以获得更加精确的实验结果。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于模拟泥石流实验的基础浆料的制备方法，所述基础浆料可以与土石颗粒配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料，可以获得更加精确的实验结果，其中，所述基础浆料的制备方法包括如下步骤：
将如下重量份的原料组分放入反应釜中，均匀搅拌形成混合料：水300-500份；木质素磺酸钠20-30份；苯酚8-10份；甲醛20-25份；磺化剂10-15份；碳酸钙50-60份；硅粉5-15份；水泥5-15份；细核桃壳10-20份；聚丙烯酸聚合物10-20份；聚丙烯酰胺10-20份；过硫酸钠1-2份；卡波姆10-20份；
将所述混合料升温至130℃，反应2小时，将反应后的产物进行喷雾干燥获得固体粉料；
将所述固体粉料与300-500重量份的水、4-5重量份的防腐剂混合均匀，静置溶胀12～24小时，获得所述基础浆料。
优选地，所述磺化剂优选为亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，偏重亚硫酸钠中的一种或几种混合物。
优选地，所述防腐剂优选以山梨酸及其盐、苯甲酸及其盐和尼泊金酯。
优选地，优选所述基础浆料制备之后放置于10-15摄氏度的阴凉环境中保藏，避免阳光照射密封容器，也应该避免局部受热。
本发明制备的基础浆料可以与土石颗粒新鲜配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料，可以非常准确地模拟泥石流研究地域的固体物料形态，避免了远距离采集、运输、存储带来的物料变质、性状变化过大带来的模拟试验结果不准确的缺陷，可以获得更加精确的实验结果。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1是根据本发明的一个具体实施例的泥石流模型的制造示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
基于背景技术部分提及的现有技术所存在的缺陷，本发明提供了一种用于泥石流模拟实验的基础浆料，所述基础浆料可以与土石颗粒配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料。
具体来说，本发明提供的用于泥石流模拟实验的基础浆料是一种粘稠的浆状混合物，其可以与符合泥石流研究地域的地质特性的土石颗粒进行混合，用以使土石颗粒通过本发明的基础浆料相互粘连、浸润，最终结块形成可用于泥石流模拟实验的固体物料。其中，构成固体物料的土石颗粒可以是采集于泥石流研究地域的土石颗粒，也可以是就近采集的性状类似于研究地域的土石颗粒。通过控制采集的土石颗粒和基础浆料的比例关系，可以方便获得符合实验要求的密度、湿度等理化特性的可用于泥石流模拟实验的固体物料。
实施例1基础浆料
在本发明的一个具体实施例中，本发明的所述基础浆料可以由如下重量份的原料组分制成：
水600-1000份；木质素磺酸钠20-30份；苯酚8-10份；甲醛20-25份；磺化剂10-15份；碳酸钙50-60份；硅粉5-15份；水泥5-15份；细核桃壳10-20份；聚丙烯酸聚合物10-20份；聚丙烯酰胺10-20份；过硫酸钠1-2份；防腐剂4-5份；卡波姆10-20份。
本发明的上述原料组分中，聚丙烯酸聚合物、聚丙烯酰胺以及卡波姆等，易于形成稳定态的凝胶状态，性状稳定，配合无机质的碳酸钙、硅粉、水泥等可以反应溶胀生成粘稠态悬浮物，易于填充固体物料缝隙，再配合10-30目的含水量小于5％的干燥粉碎的细核桃壳提供的有机质以及木质素，与木质素磺酸钠、磺化剂、过硫酸钠、苯酚、甲醛等可以形成磺化反应，其反应产物附着在固体物料的颗粒外侧能够提高粘性和结合紧密度，形成的固体物料不容易崩解，模拟试验的固体物料性状与实际情况非常接近，可以获得更加精确的试验结果。另外，物料中无机质和有机质可以在土石颗粒和基础浆料的混合的过程中，基于实际情况进行适当调配添加，以尽量接近泥石流研究地域的固体物料形态。
在一个具体实施例中，所述磺化剂可以优选为亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，偏重亚硫酸钠中的一种或几种混合物。
在另一个具体实施例中，所述防腐剂可以优选以山梨酸及其盐、苯甲酸及其盐和尼泊金酯类等。
利用本发明的基础浆料，可以与土石颗粒新鲜配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料，可以非常准确地模拟泥石流研究地域的固体物料形态，避免了远距离采集、运输、存储带来的物料变质、性状变化过大带来的模拟试验结果不准确的缺陷。
另外，本发明通过基础浆料新鲜配制的固体物料，可以与泥石流研究地域的实际情况保持相当好的一致性，在试验过程中可以全流程模拟泥石流随着时间和降水从最开始逐渐变化到结束的整个变化过程，而相对于预先配制的某种特定形态的泥石流来说，预先配制的泥石流只能从泥石流的某个形态开始研究其后的发展情况，无法做到全流程模拟试验，因而本发明可以获得更加精确的实验结果。
实施例2基础浆料的制备
下面进一步说明本发明的用于模拟泥石流实验的基础浆料的制备方法，同样需要特别声明，本发明的基础浆料是用于与土石颗粒配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料，而不是直接配制成某种形态的泥石流，因而本发明可以如上所述的那样获得更加精确的实验结果。
具体的，本发明的基础浆料可以由实施例1提供的原料组分制成，其制备方法包括如下步骤：
将如下重量份的原料组分放入反应釜中，均匀搅拌形成混合料：水300-500份；木质素磺酸钠20-30份；苯酚8-10份；甲醛20-25份；磺化剂10-15份；碳酸钙50-60份；硅粉5-15份；水泥5-15份；细核桃壳10-20份；聚丙烯酸聚合物10-20份；聚丙烯酰胺10-20份；过硫酸钠1-2份；卡波姆10-20份。
之后，将所述混合料升温至130℃，反应2小时，将反应后的产物进行喷雾干燥获得固体粉料。
最后，将所述固体粉料与300-500重量份的水、4-5重量份的防腐剂混合均匀，静置溶胀12～24小时，获得所述基础浆料。
在一个具体实施例中，所述磺化剂可以优选为亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，偏重亚硫酸钠中的一种或几种混合物。
在另一个具体实施例中，所述防腐剂可以优选以山梨酸及其盐、苯甲酸及其盐和尼泊金酯类等。
通过上述步骤获得的基础浆料可以在密封容器中室温下长期保藏，优选放置于10-15摄氏度的阴凉环境中保藏，避免阳光照射密封容器，也应该避免局部受热。本发明上述步骤将物料混合升温，可以抑制有机质的活性，可以有效延长基础浆料的保质期。通过喷雾干燥，可以将基础浆料中的气体尽量的挤压排出，后续加入防腐剂溶胀之后，液态的基础浆料含有的气体较少，便于密封长期保藏，不会由于过多气体造成容器内压力过大发生危险。
实施例3固体物料
下面进一步说明本发明的用于模拟泥石流实验的固体物料的组成，也就是通过本发明的上述基础浆料与采集于泥石流研究地域的土石颗粒或者就近采集的性状类似于研究地域的土石颗粒，配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料，而不是直接配制成某种形态的泥石流，因而本发明可以如前所述获得更加精确的实验结果。
具体的，本发明的固体物料可以由如下重量份的原料组分制成：
100-150重量份的采集于泥石流研究地域的土石颗粒或者就近采集的性状类似于研究地域的土石颗粒；5-10重量份的前述实施例制备的基础浆料；10-30重量份的40-60摄氏度的水。
与前述实施例相同，本实施例所用的所述基础浆料可以由如下重量份的原料组分制成：水600-1000份；木质素磺酸钠20-30份；苯酚8-10份；甲醛20-25份；磺化剂10-15份；碳酸钙50-60份；硅粉5-15份；水泥5-15份；细核桃壳10-20份；聚丙烯酸聚合物10-20份；聚丙烯酰胺10-20份；过硫酸钠1-2份；防腐剂4-5份；卡波姆10-20份。
在一个具体实施例中，所述磺化剂可以优选为亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，偏重亚硫酸钠中的一种或几种混合物。
在另一个具体实施例中，所述防腐剂可以优选以山梨酸及其盐、苯甲酸及其盐和尼泊金酯类等。
其中，基础浆料可以通过实施例2的制备方法获得。
实施例4固体物料的制备
下面进一步说明本发明的用于模拟泥石流实验的固体物料的制备方法，也就是通过本发明的上述基础浆料与采集于泥石流研究地域的土石颗粒或者就近采集的性状类似于研究地域的土石颗粒，配制获得适用于泥石流模拟实验所需的固体物料，而不是直接配制成某种形态的泥石流，因而本发明可以如前所述获得更加精确的实验结果。
具体的，本发明的固体物料可以由实施例3提供的原料组分制成，其制备方法包括如下步骤：
将100-150重量份的采集于泥石流研究地域的土石颗粒或者就近采集的性状类似于研究地域的土石颗粒与5-10重量份的前述实施例制备的基础浆料置于料槽中均匀混合后压实成预混料；
用10-30重量份的40-60摄氏度的水对所述预混料进行喷洒；
将所述料槽用保鲜膜密封包裹，并保持所述料槽内的温度为50摄氏度静置5-10天；
将所述料槽放置于振动台上，使所述料槽中的物料经振动台的振动在自身重力作用下自然松散压实，即可在所述料槽中获得所述固体物料。
与前述实施例相同，本实施例所用的所述基础浆料可以由如下重量份的原料组分制成：水600-1000份；木质素磺酸钠20-30份；苯酚8-10份；甲醛20-25份；磺化剂10-15份；碳酸钙50-60份；硅粉5-15份；水泥5-15份；细核桃壳10-20份；聚丙烯酸聚合物10-20份；聚丙烯酰胺10-20份；过硫酸钠1-2份；防腐剂4-5份；卡波姆10-20份。
在一个具体实施例中，所述磺化剂可以优选为亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，偏重亚硫酸钠中的一种或几种混合物。
在另一个具体实施例中，所述防腐剂可以优选以山梨酸及其盐、苯甲酸及其盐和尼泊金酯类等。
其中，基础浆料可以通过实施例2的制备方法获得。
通过上述步骤获得的固体物料可以通过压实模拟获得自然状态下重力沉积的状态，通过温水喷洒，可以形成潮湿的环境，当然，在压实之前，也可以在物料中添加发酵粉(从自然状态获取的土石颗粒本身就包含一定量的有机菌类)，后续加水密封包裹的过程中会形成一定的有机质和气体，可以加速形成自然态的固体物料。最后的振动可以形成重力自然紧实的状态，跟自然地质状态更加接近。料槽中获得的固体物料在保鲜膜的包裹下，可以保留其湿度不会发生大的变动，确保其密度和紧实程度不变，有利于制造形成后续的泥石流模型。
当然，为了避免固体物料转移导致的性状改变，也可以将包裹料槽的保鲜膜去除之后，将整个料槽作为泥石流模拟试验槽来使用，将料槽中的固体物料堆砌、修整成型后，即可以其当前状态直接进行后续的模拟试验，获得的试验结果会更加精确。
进一步的，根据泥石流研究地域的不同季节的植被情况，可以在土石颗粒和基础浆料的混合的过程中，添加植物根茎，例如稻草等，模拟地域植被情况。根据泥石流模型相对较小的特点，还可以优选采用网线较细的渔网代替植物根茎，用于填埋于泥石流模型的固体物料的浅表层，模拟植被的效果更好。
另外，鉴于泥石流区域土石风化严重的特点，还可以在土石颗粒和基础浆料的混合的过程中，添加离散分布与表层或者浅表层中的石块、石灰石碎末等，模拟自然环境下山体滑坡下落崩解的物质等，以尽量接近泥石流研究地域的固体物料形态。
实施例5泥石流模型的制造
通过前述的基础浆料可以制备各种密度和湿度的固体物料，制备好的固体物料通过堆砌、修整，可以在泥石流模拟试验槽中建造一条用于泥石流模拟实验的泥石流沟等泥石流模型。然而，现实中的泥石流沟，不同区域的干湿程度、压实状态是存在差异的，简单的通过混合均一的固体物料堆砌形成的泥石流模型并不符合实际情况，对于泥石流模拟实验来说是不精确的。
因此，根据本发明的一个具体实施例，本发明进一步提供了一种泥石流模型的制造方法，如图1所示，其显示的是根据本发明的一个具体实施例的泥石流模型的制造示意图。下面参照图1详细说明本发明的泥石流模型的制造方法，该制造方法包括如下步骤：
首先提供一个泥石流模拟试验槽1，将其放置于放置于振动台2上；
在所述泥石流模拟试验槽1内设置具有多个分隔区31的镂空隔断板3，所述镂空隔断板3的形状与泥石流研究地域的对应地形相一致；
在每个分隔区31中，依照泥石流研究地域的对应区域地层的采样密度和湿度，将前述实施例配制好的同样密度和湿度的固体物料填充在对应的分隔区31中，使得填充的固体物料与所述镂空隔断板3的上端齐平，然后将所述镂空隔断板3从所述泥石流模拟试验槽1中抽出；
启动所述振动台2，使所述泥石流模拟试验槽1中的物料经振动台2的振动在自身重力作用下自然松散压实形成一层实验土层，之后关闭所述振动台2；
依次在所述实验土层上，放置另一个与泥石流研究地域的对应地形一致的镂空隔断板3，依照前述步骤填充固体物料、抽出镂空隔断板3、启动然后关闭所述振动台2，逐层形成符合泥石流研究地域的地质层，最终获得所需的泥石流模型。
上述填充在所述分隔区31中的固体物料可以由实施例3获得，其制备方法可以由实施例4获得。即，由实施例4可以依照所需地层的密度和湿度制备获得不同性状的固体物料，这些固体物料制备后放置在包裹有保鲜膜的料槽中，需要填充到镂空隔断板的分隔区中的时候，可以将保鲜膜去除后进行倾倒填充。
为了确保模型的每一层实验土层更加接近于实际情况，优选所述镂空隔断板3由一体注塑成型的厚度为1-2毫米厚度的柔性PET制成，所述镂空隔断板3的高度为2-5厘米。采用一体注塑成型可以通过模具方便获得符合泥石流研究地域的对应地形的曲面形状，柔性PET材质摩擦力小，易于从固体物料中抽出，相对较薄的厚度的隔板抽出后，土层中遗留的间隔空间比较容易通过振动的方式由相邻区域的固体物料填充、整合成一体，避免模型内部产生裂痕，影响实验精度。
本发明制造的泥石流模型可以依照地形配制不同密度和湿度特性的地质层，可以更加符合泥石流实验地域的不同区域的干湿程度、压实状态，有利于获得更加精确的实验结果。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种用于模拟泥石流实验的基础浆料的制备方法，所述基础浆料与土石颗粒配制获得适用于泥石流模拟实验的固体物料，其特征在于，所述基础浆料的制备方法包括如下步骤：
将如下重量份的原料组分放入反应釜中，均匀搅拌形成混合料：水300-500份；木质素磺酸钠20-30份；苯酚8-10份；甲醛20-25份；磺化剂10-15份；碳酸钙50-60份；硅粉5-15份；水泥5-15份；细核桃壳10-20份；聚丙烯酸聚合物10-20份；聚丙烯酰胺10-20份；过硫酸钠1-2份；卡波姆10-20份；
将所述混合料升温至130℃，反应2小时，将反应后的产物进行喷雾干燥获得固体粉料；
将所述固体粉料与300-500重量份的水、4-5重量份的防腐剂混合均匀，静置溶胀12～24小时，获得所述基础浆料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磺化剂为亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，偏重亚硫酸钠中的一种或几种混合物。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基础浆料制备之后放置于10-15摄氏度的阴凉环境中保藏，避免阳光照射密封容器，并避免局部受热。
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