[發明專利]一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統及實驗方法

有效

• 申請號: 202010431144.8
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111650166B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 顧東明;劉漢龍;王林;仉文崗;周航;王勛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/84
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

1.一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統，其特征在于：包括環形槽(1)、支撐支架(2)、旋轉支架(3)、伺服電機(4)、工業相機(5)、激光器(6)和計算機(7)；

由透明有機玻璃制成的所述環形槽(1)水平放置在試驗臺(8)上，環形槽(1)內設置有透明土石混合體試樣(9)和環境流體(10)，透明土石混合體試樣(9)安裝到環形槽(1)底部并浸泡在環境流體(10)內，透明土石混合體試樣(9)和環境流體(10)內均添加有熒光劑；所述透明土石混合體試樣(9)由正十二烷、苯甲基硅油、無定型硅粉和不規則玻璃塊均勻混合并加載固結而成；

所述試驗臺(8)上固定有支撐支架(2)，支撐支架(2)上連接有輸出軸豎直向下的伺服電機(4)；

所述旋轉支架(3)包括橫桿(301)和兩個攪動桿(302)，橫桿(301)水平設置在環形槽(1)的正上方，伺服電機(4)的輸出軸連接到橫桿(301)的中點上，橫桿(301)的兩端分別與兩個攪動桿(302)的上端連接，兩個攪動桿(302)的下端均連接有攪拌葉片(11)；

所述攪拌葉片(11)伸入環境流體(10)內，攪拌葉片(11)的下端與透明土石混合體試樣(9)的上端存在間隙，兩個攪拌葉片(11)的連線穿過環形槽(1)所在圓的圓心；

所述激光器(6)安裝到電動升降臺(12)上，電動升降臺(12)固定在試驗臺(8)上且位于環形槽(1)外側；

工作時，所述伺服電機(4)帶動旋轉支架(3)轉動，兩個攪拌葉片(11)攪動環境流體(10)；所述激光器(6)向透明土石混合體試樣(9)發射激光，電動升降臺(12)帶動激光器(6)上下往復運動，透明土石混合體試樣(9)和環境流體(10)內的熒光劑在激光誘導下發出熒光，位于透明土石混合體試樣(9)正上方的工業相機(5)對透明土石混合體試樣(9)進行持續拍攝，并將捕捉到的圖像發送至計算機(7)進行處理。

2.根據權利要求1所述的一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統，其特征在于：所述透明土石混合體試樣(9)呈扇環狀。

3.根據權利要求1所述的一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統，其特征在于：所述環境流體(10)為礦物混合油。

4.基于權利要求1所述的一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統的實驗方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)制作所述環境流體(10)和呈扇環狀的透明土石混合體試樣(9)；其中所述透明土石混合體試樣(9)和環境流體(10)內均添加有熒光劑；

2)安裝所述透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統，將透明土石混合體試樣(9)和環境流體(10)放置到環形槽(1)內，并調試伺服電機(4)、工業相機(5)、激光器(6)、計算機(7)和電動升降臺(12)；

3)啟動所述伺服電機(4)、工業相機(5)、激光器(6)、計算機(7)和電動升降臺(12)，伺服電機(4)帶動攪拌葉片(11)攪動環境流體(10)；所述激光器(6)向透明土石混合體試樣(9)發射激光，電動升降臺(12)帶動激光器(6)上下往復運動；所述工業相機(5)對透明土石混合體試樣(9)進行連續拍攝，并將捕捉到的圖像發送至計算機(7)；

4)所述計算機(7)通過Image-Pro Plus軟件定量分析透明土石混合體試樣(9)的演化過程，包括以下分步驟：

4.1)開啟所述計算機(7)中的Image-Pro Plus軟件；

4.2)將所述工業相機(5)拍攝的所有圖像在Image-Pro Plus軟件中打開；

4.3)選定各個圖像中的目標像素區域，甄別目標像素區域內的玻璃塊體和透明土；

4.4)將圖像進行對比分析，統計出玻璃塊體的運動軌跡；

4.5)根據玻璃塊體的運動軌跡模擬出所述透明土石混合體試樣(9)在流體沖刷下的介質移運過程、侵蝕啟動過程、土石分離過程。