[發明專利]分形裂隙面滲流實驗系統及實驗方法

在審

• 申請號: 201810068058.8
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108106982A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 張茹;謝晶;覃黎;高明忠;彭媛;賈哲強;艾婷;查爾晟
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N1/28
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.分形裂隙面滲流實驗系統，其特征在于，包括儲水箱(1)、導水管(2)及水頭水箱(3)，導水管(2)的兩端分別設置在儲水箱(1)與水頭水箱(3)中，導水管(2)還與水泵(10)相連，通過水泵(10)將儲水箱(1)的水導入到導水管(2)中，水頭水箱(3)下方開設有進水孔，進水孔處設置有用于實時監測滲流水流狀態的壓力傳感片(11)，水流通過進水孔進入空心流道槽中，空心流道槽頂端設置有與其相適配的可拆卸蓋板(12)，空心流道槽中設置有3D打印的分形裂隙面平行板的物理模型(5)，分形裂隙面平行板的物理模型(5)是基于表面形貌測量儀獲得的真實的裂隙面特征，由軟件根據上述曲面特征建立三維立體模型，并通過3D打印設備打印而成，通過改變分形裂隙面平行板的物理模型(5)的安裝方向來改變該模型的滲流方向；空心流道槽末端連接有集水箱(8)，集水箱(8)中設置有水位監測器(9)，集水箱(8)下部通過連通管(14)與儲水箱(1)相連，還包括智能調控裝置(18)，壓力傳感片(11)及水位監測器(9)分別與智能調控裝置(18)相連。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，水頭水箱(3)側壁連接有水位控制器(16)，水頭水箱(3)側壁豎直設置有刻度尺(17)，空心流道槽為長方形空心流道槽(4)。

3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括設置在連通管(14)上的控制閥門(15)，智能調控裝置(18)還包括電子顯示單元。

4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，控制閥門(15)與智能調控裝置(18)相連，當水位監測器(9)監測到水位達到預設水位時，將信號傳輸給智能調控裝置(18)，智能調控裝置(18)觸發控制閥門(15)打開，進行相應操作。

5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，水位監測器為紅外線探頭式水位檢測器，設置于集水箱(8)上方；分形裂隙面物理模型(5)與蓋板(12)及空心流道槽的連接處均勻設置有玻璃膠層。

6.如權利要求1-5任一項所述的系統，其特征在于，還包括設置于空心流道槽與集水箱(8)之間的集水槽(6)，集水槽為錐形收縮集水槽，錐形收縮集水槽的大口端與空心流道槽末端相連，其小口端與集水箱(8)相連。

7.基于權利要求1至6任意一項所述的分形裂隙面滲流實驗系統的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

A.選取一定裂隙粗糙程度、裂隙縫寬的3D打印的分形裂隙面平行板的物理模型，按照要求安裝并固定該模型，并組建系統的其他裝置；

B.根據所需的水頭條件，通過水泵及水位控制器調節水頭水箱的水位達到預設水位；

C.記錄集水箱的長度L和寬度B，當裂隙面內水滲流狀態趨于穩定時，智能調控裝置控制水位監測器監測此刻集水箱內的水位為h1，同時開始計時，待測量時間為t后，水位監測器監測此刻集水箱內的水位為h2，記錄所測實驗數據，進而計算出時間t內通過裂隙面的滲流水量為Q，Q＝L×B×(h2-h1)；

D.重復進入步驟B，當測試N組數據后，N為正整數，進入步驟E；

E.調整工況，重新設置壓力水頭，重復步驟B至D，記錄不同工況的試驗數據，直至完成預定組數的實驗后，關閉水閥，結束實驗，基于所得實驗數據，并結合相關的滲流實驗數據分析方法，分析得到分形裂隙面的滲流特性，以及不同水頭、裂隙縫寬和裂隙粗糙程度對分形裂隙面滲流特性的影響。