[發明專利]一種模擬交叉裂隙滲流的可視化試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201810896871.4
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN109186935B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 楊志兵;薛松;鄭小康;陳益峰;趙先進
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N15/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明公開了一種模擬交叉裂隙滲流的可視化試驗裝置及方法，包括一個交叉裂隙模具和觀察交叉裂隙滲流的試驗裝置。所述的交叉裂隙模具內部為T字形交叉的裂隙結構，所述試驗裝置包括固定裝置、流量控制裝置和數據采集裝置。該試驗裝置利用了光透射原理，實現了透明交叉裂隙滲流過程的定量化觀測研究，同時在機械結構上實現了相機、光源與裂隙模具間的相對位置的靈活調整，實現了對交叉裂隙滲流過程的三維實時觀測。

技術領域

本發明涉及裂隙滲流模型試驗的裝置及方法，具體涉及一種模擬交叉裂隙滲流的可視化試驗裝置及方法。

背景技術

地下滲流是巖土工程領域的重要前沿基礎科學問題，其與諸多領域的國家重大工程安全有著緊密的聯系，如水利工程中地基滲漏問題，石油工程中地下油庫存儲安全問題，二氧化碳地質封存問題，污染物在地下介質中的遷移問題等。因此，研究巖體滲流對工程安全評估與危害防治，地下水污染評價和修復等方面的問題有著重要的意義。

巖體由完整的塊狀巖石和復雜結構面組成。巖石作為一種相對致密的多孔介質，其本身通常具有強度高、滲透性低等特點；而結構面是巖石與巖石之間的接觸面，其具有相對較大的開度，可為巖體滲流提供易于流動的通道，因而裂隙作為控制巖體滲流的主要結構，對地下滲流的規律起著主導性的作用。

由于普遍位于覆蓋層之下，巖體滲流研究缺乏有效的原位、實時觀測手段。目前，針對裂隙滲流的研究多依賴野外染色示蹤滲流試驗，最后通過現場開挖確定相應的滲流特性，由于無法觀測到試驗過程中滲流的具體過程，其性質上類似于黑箱模型，十分不利于科學研究和工程活動。目前，國內外對裂隙滲流的研究多集中于野外宏觀尺度方面，而在細觀機理方面研究較少；而針對機理的研究則多集中于單一裂隙，對于交叉裂隙的研究較少。因此急需一種試驗方法和裝置以實現對交叉裂隙滲流的實時觀測分析。

發明內容

本發明的主要目的在于，克服現有技術的不足，提供一套模擬交叉裂隙滲流的可視化試驗裝置及方法，該裝置采用光透射原理實現了裂隙滲流過程的可視化、定量化觀測，同時兼具有三維多角度的實時觀測功能、不同重力梯度下的試驗功能；此外該設備結構簡單，成本低廉，可擴展性強。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種模擬交叉裂隙滲流的可視化試驗裝置，其特征在于：包括基準平板、支撐板、底座、透明裂隙模具、水平相機、垂直相機、固定架、供液系統和控制主機，所述基準平板通過轉軸安裝在兩個支撐板頂部，兩個支撐板固定在底座上，基準平板前側面設有與其平行的平板光源，所述固定架固定連接在基準平板上，所述透明裂隙模具通過夾板固定后安裝在平板光源前側的固定架上，固定架遠離轉軸處設有支撐在底座上的支撐調節桿，當基準平板處于豎直位置時，所述透明裂隙模具也處于豎直姿態且與基準平板所在平面垂直；所述水平相機和垂直相機也安裝在固定架上，其中水平相機用于對透明裂隙模具頂部的水平裂隙面拍攝，所述垂直相機用于對與平板光源相對一側的透明裂隙模具側邊的垂直裂隙面拍攝，水平相機和垂直相機通過數據線與控制主機相連，所述供液系統通過管道與透明裂隙模具的液體出入口分別相連，通過控制主機控制供液系統的供液量進行裂隙滲流可視化試驗。

作為改進，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。

作為改進，所述桿夾采用金屬制成，桿夾本體上設有多個供支桿穿過的安裝孔，安裝孔在一側裂開分成兩半，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固定。

作為改進，所述支撐調節桿為可調節高度的伸縮桿，其包括固定塊和設于固定塊上的調節螺栓，固定塊固定安裝在固定架底部，調節螺栓通過豎直方向的螺孔安裝在固定塊上，擰動調節螺栓即可調整其底部伸出高度，與轉軸一起配合即可調整基準平板的傾斜角度。

作為改進，所述供液系統為注射泵、儲液槽和廢液回收槽，所述注射泵通過管道與儲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。