(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211074792.8 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 申请人 哈尔滨商业大学　东北农业大 学 (72)发明人 姜生元　田野　张伟伟　汪恩良　 唐均跃　刘兴超　刘君巍　姜海强　 (74)专利代理 机构 哈尔滨奥博专利代理事务所 (普通合伙) 23220 专利代理师 叶以方 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 1/38(2006.01) G01N 1/42(2006.01)G01N 9/02(2006.01) (54)发明名称 一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方 法 (57)摘要 一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方 法， 它涉及一种模拟月壤及局部剖面模拟方法。 本发明为了解决现有含水模拟月壤物理力学特 性研究及钻进采样用剖面样本无法满足探月研 究需求的问题。 本发明的步骤为： 步骤一、 用烘干 箱将样品烘干； 步骤二、 测定模拟月壤的最小干 密度和最大干密度； 步骤三、 根据预期试验目标 及样本参数； 步骤四、 按照目标含水率开展本混 合工作； 步骤五、 将样品置于室温条件下静置备 用； 步骤六、 在样片含水率均一性调控前， 对已完 成密封养护的样品多次、 多点取样采用热干法检 验含水率的均一性； 步骤七、 在常温下对制样采 用静力压实； 步骤八、 将制备好的样本利用梯度 制冷降温策略控制试样温度。 本发 明属于空间资 源探测技 术领域。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115436131 A 2022.12.06 CN 115436131 A 1.一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 所述一种极区含水模拟 月壤及局部剖面模拟方法的是通过如下步骤实现的： 步骤一、 用烘干箱将 样品烘干； 步骤二、 测定模拟月壤的最小干密度和最大干密度； 步骤三、 根据预期试验目标及样本参数， 计算所需要的模拟月壤原材 料及水的质量： 公式(3)中， mw表示制备试样所要的加水量， 单位为 g， m0表示月壤的质量， 单位为g， w1表 示制备试样要求的含水率， w0表示月壤的初始含水率； 步骤四、 按照目标含水率开展本混合工作， 用搅拌机进行搅拌， 搅拌前先将叶片和搅拌 锅用湿抹布润湿， 然后将模拟月壤倒入锅内， 将搅拌锅升至搅拌位置， 先慢速搅拌， 边搅拌 边用喷雾器喷淋， 待喷淋完成后， 调至快速搅拌60 s， 物料充分混合均匀， 最后把搅拌好的混 配含水模拟月壤装 入密封袋中； 步骤五、 将样品置于室温条件下静置6小时以上备用， 利用水分自由迁移扩散的原理， 保证样品中水分的均匀分布； 步骤六、 在样片含水率均一性调控前， 对已完成密封养护的样品多次、 多点取样采用热 干法检验 含水率的均一 性； 步骤七、 在常温下对制样采用静力压实， 压实过程逐层添加， 逐层压实， 每次称取固定 质量的模拟月壤， 倒入月壤桶中， 用抚平器抚平表面， 将质量块压在样品上方， 控制压力机 压头恒速进给， 每压 完一层需要对上表面进行粗 糙化处理， 防止样本出现分段； 步骤八、 将制备好的样本利用梯度制冷降温策略控制试样温度。 2.根据权利要求1所述的一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 步 骤一中样品的烘干时间不小于12小时， 烘干箱的温度为10 5℃。 3.根据权利要求1所述的一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 步 骤二中所述的模拟月壤最小干密度测量方法为： 步骤A、 称量金属圆筒的质量； 步骤B、 将漏斗的下 管口和塞杆的椎体紧密结合， 使 塞杆的底部与圆筒底接触； 步骤C、 用铲斗铲取少量样品倒入漏斗， 此时推动塞杆的椎体缓慢离开漏斗下管口， 使 试样缓慢落入圆筒中， 同时缓慢提升漏斗， 使塞杆底部与试样表面高度始终维持在1～2cm 距离； 步骤D、 重复步骤A至步骤C， 直至试样高度高出 圆筒上表面， 取出漏斗和塞杆， 用拂平器 拂平试样表面与容器边 缘平齐； 步骤E、 称量此时试样与圆筒的总质量， 减去圆筒的质量， 可 得试样的质量； 试样最小干密度的计算公式为： 公式(1)中， ρmin表示式样的最小干密度， md表示干试样的质量， Vd表示试样的体积。 4.根据权利要求1所述的一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 步 骤二中所述的模拟月壤最大干密度测量方法为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115436131 A 2步骤a、 取一定量的干壤试样倒入金属圆筒中； 步骤b、 试样倒入圆筒中， 用击实锤以每分钟40～60次的频率锤击试样， 同时另外一人 用振动叉以每分钟往返120～15 0次的频率 敲击圆筒的外壁； 步骤c、 多次添土和重复以上动作3～5次， 当试样的高度超过圆筒上表面时需要添加护 筒再进行锤击试样和敲打圆筒； 步骤d、 添加完最后一层试样， 取 下护筒并刮平 表面， 称重； 试样最大干密度的计算公式为： 公式(2)中， ρmax表示试样的最大干密度。 5.根据权利要求1所述的一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 步 骤四中所述模拟月壤形态为长条状、 棱角状和次棱角状， 颗粒粒径小于10μm的月壤占月壤 总体积的13.58％， 颗粒粒径在10～25 μm之间的月壤占月壤总 体积的12.04％， 颗粒粒径在 25～50 μm之间的月壤占月壤总 体积的12.90％， 颗粒粒径在50～75 μm之间的月壤占月壤总 体积的8.29 ％， 颗粒粒径在0.1～1mm之间的月壤占月壤总 体积的38.61％， 颗粒粒径在1～ 2mm之间的月壤占月壤总体积的6.87％， 颗粒粒径在2～4mm之间的月壤占月壤总体积的 3.97％， 颗粒粒径在4～10mm之间的月壤占月壤总体积的2.95％， 颗粒粒径在10～12mm之间 的月壤占月壤总 体积的0.10％， 颗粒粒径在12～13mm之间的月壤占月壤总 体积的0.10％， 颗粒粒径在14～15mm之间的月壤占月壤总体积的0.09％， 颗粒粒径在16～17mm之间的月壤 占月壤总体积的0.08％， 颗粒粒径在18～19mm之间的月壤占月壤总 体积的0.08％， 颗粒粒 径在20～ 29mm之间的月壤占月壤总体积的0.34％。 6.根据权利要求1所述的一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 步 骤五中所述使用的密封容器为玻璃缸， 在玻璃缸与缸盖之间均匀涂抹一层凡士林。 7.根据权利要求1所述的一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 步 骤六中所述含水率的检测方法为热干法， 在剖面样本的不同深度处分别挖取30～40g的样 品， 称量未烘干前样本的质量， 放入烘箱中烘干6h至恒重， 再次称量样品质量， 用两次称量 的质量差除以未烘干前的质量即为样本含水率。 8.根据权利要求1所述的一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 步 骤七中所述低 温密实装置筒体为304钢 管胚料加工完成， 端面法兰通过焊接工艺与月壤桶 筒体连接， 在筒体和法兰公共垂直面上焊接加强筋， 加强机械结构， 承受一定的拉应力。 在 筒体中轴部 分与底面法兰焊接外径60 mm,壁厚4mm的钢管， 保证其与外桶的同轴 度和垂直度 误差0.01， 内壁 粗糙度要求Ra1.6， 所述静力密实时压 头速度为10m m/min。 9.根据权利要求1所述的一种极区含水模拟月壤及局部剖面模拟方法， 其特征在于： 步 骤八中所述梯度制冷首先采用常温冰柜使样本从室温降至 ‑20℃； 然后采用低 温冰柜使样 本降温至 ‑40℃； 接着， 样 本放入超低温冰柜使其降至 ‑80℃； 最后采用液氮浴冷使试样降至 最低温度 ‑180℃。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115436131 A 3