摘要
完整的深部砂岩岩心十分稀缺，且性质多样、重复性差，这限制了针对深部岩石力学特性的系统实验室研究。本研究选取了平顶山矿区1050米深处获取的致密砂岩作为原型材料，旨在开发一种针对特定砂岩特性的筛选策略，用于模拟深部砂岩。该策略结合了矿物成分匹配、正交混合设计、力学测试、基于PCA的综合相似性评估、GMM分类、应力-应变曲线对比以及断裂形态验证等方法。候选材料是由水泥-硅灰基质与石英砂、钾长石、钠长石、纳米粘土和超塑化剂共同制成的。研究结果表明，水胶比对单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量具有决定性影响，而超塑化剂和纳米粘土则起到次要作用。基于PCA的指标体系分别为单轴抗压强度、弹性模量和脆性指数赋予了52.9%、29.2%和17.9%的权重。在所测试的25种混合物中，S5的力学相似度最高，其模拟指数为71.65%，应力-应变曲线相似度为0.958。GMM聚类分析显示，S5和S10属于高强度、高刚度且高脆性的同一组，其中S10更能再现天然裂缝的几何形态。这些结果表明，最优的模拟砂岩取决于所需的响应特性，同时也为制备可重复的深部砂岩模拟样本提供了有针对性的方法。
