固-气耦合相似材料的渗透性影响因素研究

新型“固-气”耦合相似材料在科研领域具有重要的应用价值，特别是在模拟低渗性岩石的研究中。该研究以砂子、普通水泥和玉米淀粉作为主要原料，旨在通过控制水泥砂子的质量比(A因素)和淀粉含量(B因素)来探究其对渗透性能的影响。水泥砂子质量比A被设置为5个不同的水平，淀粉含量B则设定为6个水平，总共进行了30个实验配比方案，以进行渗透速率测试。 实验结果显示，所得相似材料的渗透率变化范围相当广泛，从2.704×10^-11 d^-1到6.146×10^-10 d^-1，显示出显著的差异。通过非线性回归方法，研究人员成功地对这些数据进行了拟合，揭示了渗透率与水泥砂子质量比和淀粉含量之间的定量关系。具体来说，当水泥砂子质量比增加时，渗透率呈现出负指数反比例函数的变化趋势，意味着更多的水泥会导致材料的渗透性降低。另一方面，淀粉含量的增加则导致渗透率线性单调递增，表明淀粉在材料中起到了降低渗透性的关键作用。 这一发现对于理解岩石的渗透性行为具有重要启示，因为实验数据表明，材料的致密度与原型岩石的强度紧密相关，结构越致密的材料，其渗透性越低，而相对松散的材料则渗透性较高。这种规律在相似材料的实验中得到了很好的体现，验证了相似实验材料的渗透性变化规律与原型岩石的渗透性变化规律有很高的相似度。 这项研究不仅为研发适用于低渗性岩石模拟的新型固-气耦合相似材料提供了理论依据，也为地质工程、矿业工程等领域中的渗透性预测和控制提供了有价值的方法。它强调了在设计此类材料时，精确控制水泥和填充物的比例，尤其是淀粉含量的重要性，以达到理想的模拟效果。