[發(fā)明專利]一種模擬交叉裂隙滲流的可視化試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810896871.4
• 申請(qǐng)日: 2018-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN109186935B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊志兵;薛松;鄭小康;陳益峰;趙先進(jìn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01N15/08
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.一種模擬交叉裂隙滲流的可視化試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括基準(zhǔn)平板、支撐板、底座、透明裂隙模具、水平相機(jī)、垂直相機(jī)、固定架、供液系統(tǒng)和控制主機(jī)，所述基準(zhǔn)平板通過轉(zhuǎn)軸安裝在兩個(gè)支撐板頂部，兩個(gè)支撐板固定在底座上，基準(zhǔn)平板前側(cè)面設(shè)有與其平行的平板光源，所述固定架固定連接在基準(zhǔn)平板上，所述透明裂隙模具通過夾板固定后安裝在平板光源前側(cè)的固定架上，固定架遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸處設(shè)有支撐在底座上的支撐調(diào)節(jié)桿，當(dāng)基準(zhǔn)平板處于豎直位置時(shí)，所述透明裂隙模具也處于豎直姿態(tài)且與基準(zhǔn)平板所在平面垂直；所述水平相機(jī)和垂直相機(jī)也安裝在固定架上，其中水平相機(jī)用于對(duì)透明裂隙模具頂部水平裂隙面拍攝，所述垂直相機(jī)用于對(duì)與平板光源相對(duì)一側(cè)的透明裂隙模具側(cè)邊的垂直裂隙面拍攝，水平相機(jī)和垂直相機(jī)通過數(shù)據(jù)線與控制主機(jī)相連，所述供液系統(tǒng)通過管道與透明裂隙模具的液體出入口分別相連，通過控制主機(jī)控制供液系統(tǒng)的供液量進(jìn)行裂隙滲流可視化試驗(yàn)；

所述透明裂隙模具為采用透明方塊玻璃拼接而成的單邊T字型交叉裂隙，透明裂隙模具頂部設(shè)有通過玻璃膠連接的入口邊界接頭，所述入口邊界接頭上設(shè)有與透明裂隙模具頂部裂隙連通的入口孔，入口孔頂部設(shè)有用于連接供液管道的螺孔，透明裂隙模具底部設(shè)有通過玻璃膠連接的出口邊界接頭，所述出口邊界接頭上設(shè)有與透明裂隙模具底部裂隙連通的出口孔，出口孔底部設(shè)有用于連接排液管道的螺孔。

2.如權(quán)利要求1所述的可視化試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述固定架由水平方向的支桿和豎直方向的支桿組成，支桿與支桿之間通過桿夾相連。

3.如權(quán)利要求2所述的可視化試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述桿夾采用金屬制成，桿夾本體上設(shè)有多個(gè)供支桿穿過的安裝孔，安裝孔在一側(cè)裂開分成兩半，兩半安裝孔之間通過螺栓緊固，支桿穿過安裝孔后，擰緊螺栓即可保持支桿與桿夾本體相對(duì)固定。

4.如權(quán)利要求1所述的可視化試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述支撐調(diào)節(jié)桿為可調(diào)節(jié)高度的伸縮桿，其包括固定塊和設(shè)于固定塊上的調(diào)節(jié)螺栓，固定塊固定安裝在固定架底部，調(diào)節(jié)螺栓通過豎直方向的螺孔安裝在固定塊上，擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺栓即可調(diào)整其底部伸出高度，與轉(zhuǎn)軸一起配合即可調(diào)整基準(zhǔn)平板的傾斜角度。

5.如權(quán)利要求1所述的可視化試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述供液系統(tǒng)為注射泵、儲(chǔ)液槽和廢液回收槽，所述注射泵通過管道與儲(chǔ)液槽及透明裂隙模具頂部的液體入口相連，透明裂隙模具底部的液體出口通過管道與廢液回收槽相連。

6.如權(quán)利要求5所述的可視化試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述管道采用聚四氟乙烯材料制成，注射泵、儲(chǔ)液槽和透明裂隙模具頂部的液體入口之間通過三通閥控制液體流向。

7.如權(quán)利要求6所述的可視化試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述透明裂隙模具的透明方塊玻璃之間的裂隙內(nèi)設(shè)有間隙片，通過間隙片控制裂隙開度，所述間隙片通過光固化膠粘結(jié)于裂隙邊緣處。

8.一種利用權(quán)利要求1所述的可視化試驗(yàn)裝置模擬交叉裂隙滲流的可視化試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、安裝調(diào)整好平板光源、透明裂隙模具、垂直相機(jī)以及水平相機(jī)的相對(duì)位置，調(diào)整好垂直相機(jī)和水平相機(jī)焦距、曝光強(qiáng)度；

步驟2、利用染色流體進(jìn)行裂隙面滲流試驗(yàn)；

步驟3、通過垂直相機(jī)和水平相機(jī)以預(yù)設(shè)的拍攝速率連續(xù)采集裂隙面滲流過程的圖像，利用Matlab圖像處理函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行去背景、二值化和濾波處理，并統(tǒng)計(jì)滲透過程中液體的幾何特征；

步驟4、利用實(shí)際尺寸與照片像素尺寸的比例還原裂隙面內(nèi)液面的真實(shí)尺寸，計(jì)算公式如下：

上式中，D為液面真實(shí)尺寸，D'為液面像素尺寸，S為標(biāo)定點(diǎn)實(shí)際距離，S'為標(biāo)定點(diǎn)像素距離。

9.如權(quán)利要求8所述的可視化試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟3中，對(duì)圖像進(jìn)行去背景、二值化和濾波處理，并統(tǒng)計(jì)滲透過程中液體的幾何特征具體步驟如下：

步驟a：選取一張液體還未進(jìn)入裂隙面的圖像作為初始圖像P₁；

步驟b：依次將采集到的試驗(yàn)過程的圖像減去初始圖像P₁，得到去除背景的圖像P₂；

步驟c：將圖像P₂二值化得到圖像P₃，使得液體存在部分為白色，其余部分為黑色，通過Matlab程序獲取豎直裂隙面和水平裂隙面的液面形態(tài)隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。