本發明屬于高分子溶液配制，特別涉及一種用于離心模型試驗的羥丙基甲基纖維素溶液配制方法，用于制備巖土離心模型試驗中飽和砂土模型所需的高粘度孔隙流體。
背景技術：
1、羥丙基甲基纖維素（hydroxypropyl?methyl?cellulose，以下簡稱hpmc）是一種無毒、無味、化學性質穩定的非離子型纖維素醚，其水溶液具有可控的增稠性、優異的保水性與化學穩定性，且兼具與水接近的質量密度、壓縮性及近似牛頓流體的流變特性，是巖土離心模型試驗中模擬土體孔隙流體、配制飽和砂土模型飽和介質的常用材料。在巖土離心模型試驗中，根據滲流速度相似律設計要求，常需使用特定粘度的hpmc溶液匹配模型工況，且因試驗模型尺度要求，單次試驗對該溶液的需求量通常達數十至上百公斤；同時，離心模型試驗對滲流規律模擬的精準性要求極高，hpmc溶液需要保證整體粘度均一與批次間配制重復性良好，溶液性能的微小波動會直接影響飽和砂土模型滲流特性的準確性與可靠性。目前，配制hpmc溶液的常見方法有熱水法、粉末混合法和有機溶劑濕潤法等。例如，中國專利申請號201210476359中公開了一種甲基纖維素溶液的配制方法，其采用熱水（70-100°c）分散粉末，隨后加入冷水并在冰水浴中冷卻攪拌。該方法雖然能加快溶解，但主要依賴溫度調控實現粉末分散，需要加熱和冷卻設備，工藝復雜，能耗較高。當應用于巖土離心模型試驗所需的大批量hpmc溶液配制場景時，現有方法存在以下不足：（1）依賴溫控設備，工藝流程繁瑣且能耗大：該方法需配備加熱、冷卻及控溫設備實現水溫調控，大批量液體加熱和冷卻耗時久、能耗大，且難以保證溶液整體溫度均一，易因局部溫度差異導致粉末溶解效果不均影響溶液性能；（2）溶液均一性與穩定性難以達標：hpmc顆粒遇水后表面會快速溶脹形成粘稠凝膠膜包裹內部未溶粉末，形成難以分散的魚眼狀結塊或絮狀物，現有方法即便輔以溫度調控，在大批量配制中仍因攪拌剪切力覆蓋不足、粉末分散不及時，無法徹底解決團聚問題，導致配制的溶液內部粘度分布不均，靜置后易出現局部粘度差異與輕微分層現象，無法滿足模型試驗對溶液粘度均一性的要求。（3）單次配制量小，批次間重復性無法保證：現有方法受限于溫控設備性能，單次配制量有限，在配制大批量溶液需進行多次分批配制；而分批操作過程中，難以保證各批次的溫度、分散時間等工藝參數完全一致，極易導致不同批次溶液的粘度、均一性存在明顯差異，無法滿足離心模型試驗對批次間重復性的技術要求。因此，亟待開發一種適于大批量制備、操作簡便、且能確保溶液粘度均一的hpmc溶液配制新方法。
技術實現思路
1、為了解決上述問題,本發明的目的在于提供一種操作簡便、無需水溫控制、用于離心模型試驗的羥丙基甲基纖維素溶液配制方法。該方法能有效防止粉末結團并充分溶解，確保大批量溶液粘度均一，并具有良好的批次重復性。
2、為了達到上述目的,?本發明提供的用于離心模型試驗的羥丙基甲基纖維素溶液配制方法包括按順序進行的下列步驟:
3、1）根據離心模型試驗設計的相似比，確定出hpmc溶液的目標粘度，然后根據模型箱內部尺寸和土體參數，計算出溶液配制總量，之后根據hpmc溶液的目標粘度確定出hpmc粉末的規格參數及相應的配制濃度，最后根據溶液配制總量和配制濃度計算出所需hpmc粉末總質量和用水總質量；
4、2）向配制容器中依次加入用水總質量5-10%的水，啟動配有高剪切攪拌頭的攪拌裝置進行持續高強度攪拌，然后緩慢且均勻加入占hpmc粉末總質量15-30%的hpmc粉末，直到形成無絮狀物的高濃度凝膠或膏狀基料；
5、3）維持高速攪拌狀態，將剩余的hpmc粉末撒入所述基料中，當基料過于黏稠時適當加入少量水稀釋，直到形成均勻的混合物；
6、4）繼續維持高速攪拌狀態，向上述混合物中加入剩余的水，直至所述基料均勻分散，由此制成初始hpmc溶液；
7、5）停止攪拌，將上述初始hpmc溶液在室溫下密封靜置，即可獲得hpmc溶液。
8、在步驟1）中，所述根據離心模型試驗設計的相似比，確定出hpmc溶液的目標粘度，然后根據模型箱內部尺寸和土體參數，計算出溶液配制總量，之后根據hpmc溶液的目標粘度確定出hpmc粉末的規格參數及相應的配制濃度，最后根據溶液配制總量和配制濃度計算出所需hpmc粉末總質量和用水總質量的方法是：
9、1.1）根據離心模型試驗設計的由模型尺寸/原型尺寸表示的相似比n，確定出hpmc溶液的目標粘度為1/n；
10、1.2）根據模型箱內部尺寸和土體參數，計算出溶液配制總量；
11、1.3）將步驟1.1）確定的目標粘度與商品hpmc粉末規格進行比較，其中hpmc粉末規格為其2.00%質量分數水溶液在20℃下的粘度值，若存在與目標粘度相同的hpmc粉末規格則選擇該規格的hpmc粉末，并直接確定出配制濃度為2.00%；若無恰好匹配的hpmc粉末規格，則需通過多次預實驗，根據濃度-粘度關系曲線插值確定出配制濃度；
12、1.4）根據步驟1.2）確定的溶液配制總量與步驟1.3）確定的配制濃度，計算出所需hpmc粉末總質量和用水總質量。
13、在步驟2）至步驟4）中，所述攪拌轉速為500-1500rpm。
14、在步驟5）中，所述靜置時間為12-24小時。
15、本發明具有的優點和積極效果是：工藝簡化，操作便捷，完全摒棄了對加熱、冷卻等溫度控制環節的依賴，全程可在常溫下進行，這不僅簡化了操作流程，降低了對專用設備（如加熱器、冰浴槽）的要求，也顯著降低了能耗和試驗成本，特別適合在試驗室或現場條件下進行大批量溶液的快速制備。此外，本發明通過制備高濃度凝膠或膏狀基料，為后續hpmc粉末提供了高粘度、高剪切阻力的介質環境，結合高效能攪拌工具產生的高強度剪切力場，能瞬間將后加入的hpmc粉末打散、潤濕，從根本上避免了“魚眼”狀難溶物的產生，確保最終溶液在不同液層的粘度均一性。由于水粉比、加料順序、攪拌強度、靜置時間等工藝參數明確且易于控制，本發明方法具有優異的批次間重復性。經測試，采用本發明方法配制的多批次同濃度hpmc溶液，其粘度值相對偏差可控制在±1.0%以內，完全滿足了巖土離心模型試驗對孔隙流體粘度均一性和精確性的要求。本發明方法專門針對巖土離心模型試驗中需大批量、固定粘度聚合物溶液的應用場景而設計，可靈活配制不同粘度的溶液，以滿足不同條件下的離心模型試驗需求。
1.一種用于離心模型試驗的羥丙基甲基纖維素溶液配制方法，其特征在于：所述羥丙基甲基纖維素溶液配制方法包括按順序進行的下列步驟:
2.根據權利要求1所述的用于離心模型試驗的羥丙基甲基纖維素溶液配制方法，其特征在于：在步驟1）中，所述根據離心模型試驗設計的相似比，確定出hpmc溶液的目標粘度，然后根據模型箱內部尺寸和土體參數，計算出溶液配制總量，之后根據hpmc溶液的目標粘度確定出hpmc粉末的規格參數及相應的配制濃度，最后根據溶液配制總量和配制濃度計算出所需hpmc粉末總質量和用水總質量的方法是：
3.根據權利要求1所述的用于離心模型試驗的羥丙基甲基纖維素溶液配制方法，其特征在于：在步驟2）至步驟4）中，所述攪拌轉速為500-1500rpm。
4.根據權利要求1所述的用于離心模型試驗的羥丙基甲基纖維素溶液配制方法，其特征在于：在步驟5）中，所述靜置時間為12-24小時。