[發明專利]一種潛蝕可視化試驗裝置、試驗方法及透明土制備方法

在審

• 申請號: 202110047226.7
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112924352A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 羅玉龍;王珂;張興杰;谷敬云;張海彬;盛金昌;詹美禮
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N1/38;G01N1/28;G01N1/36
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

1.一種潛蝕可視化試驗裝置，其特征在于，包括，

滲透儀，其設有透明模型箱，其內部填筑有透明土試樣，其外壁上設置有刻度條；所述透明模型箱底部安裝有上游集油腔體，所述上游集油腔體與進油管相連；所述透明模型箱與所述上游集油腔體之間設有上游多孔蓋板；所述透明模型箱頂部安裝有下游集油腔體，所述下游集油腔體與出油管相連；所述透明模型箱與所述下游集油腔體之間設有下游多孔蓋板；所述滲透儀沿高度方向上以一定的間距設置有多個測壓管；

壓力施加裝置，其分為低壓單元和高壓單元，均通過所述進油管與所述滲透儀連接；其中所述低壓單元為移動油箱組件，通過提升移動油箱至不同高度位置提供不同的輸入滲透油壓；所述高壓單元包括儲油器、壓力源和調壓閥，通過所述壓力源對所述儲油器施加壓力，所述儲油器內的油產生高壓油，通過調節所述調壓閥，提供不同的輸入滲透油壓；

激光控制系統，其包括激光器、多模光纖和一字線棱鏡；其中所述激光器安裝在所滲透儀側面；所述一字線棱鏡安裝在所述多模光纖末端；所述激光器透過一字線棱鏡產生共面集中的激光射線，通過移動激光器的位置，可以在透明土試樣內部不同位置獲取不同的剖面圖像；

圖像采集系統，其可在試驗過程中實時監測透明土試樣剖面內部細顆粒運移、淤堵情況，其包括安裝在滲透儀正面的高速攝影機和圖像處理分析單元；所述高速攝影機的軸線垂直于所述激光控制系統的軸線；所述圖像處理分析單元用于處理分析高速攝影機采集的圖像。

2.根據權利要求1所述的潛蝕可視化試驗裝置，其特征在于，所述透明土試樣由熔融石英砂顆粒和孔隙油液配置，其中所述孔隙油液內加入熒光染料；通過進油管進入滲透儀的所述油和壓力施加裝置中所述油均為孔隙油液。

3.根據權利要求1所述的潛蝕可視化試驗裝置，其特征在于，所述出油管與計量器連接，所述計量器可監測滲流油量；所述壓力施加裝置將油通過進油管進入所述上游集油腔體，經過所述上游多孔蓋板油從飽和透明土的下部滲流至上部，經過下游多孔蓋板進入下游集油腔體，由出油管再流入所述計量器。

4.根據權利要求1所述的潛蝕可視化試驗裝置，其特征在于，所述圖像采集系統還包括長通濾波器，其放置在所述高速相機鏡頭上，將成像限制在熒光染料的發射波長范圍內，濾除不需要的散射光。

5.一種潛蝕可視化試驗方法及透明土試樣的制備方法，其特征在于，使用如權利要求1-4中任意一項所述的潛蝕可視化試驗裝置，包括以下步驟：

S01、制備透明土試樣，選取熔融石英砂顆粒和與其折射率匹配的孔隙油液在一定溫度下混合，充分攪拌后抽氣飽和，靜置12小時；

S02、通過進油管向上游集油腔體中充入孔隙油液，當孔隙油液充滿上游集油腔體并高于上游多孔蓋板上表面時，停止充入孔隙油液，并在上游多孔蓋板上放置濾網；

S03、將制備好的透明土試樣平均分成多等份，依次緩慢填入滲透儀中；在每層填筑過程中，不斷用玻璃棒輕輕攪拌，全部填入后用木錘輕輕壓實試樣至預定高度；

S04、將下游多孔蓋板和下游集油腔體密封安裝，防止漏油；再次通過進油管向滲透儀內充入孔隙油液，調節壓力施加裝置，避免透明土試樣發生顆粒運移現象；同時依次打開測壓管，當各個測壓管連續排出孔隙油液時，依次關閉測壓管；當孔隙油液從出油管連續流出時，透明土飽和完成；

S05、開啟激光控制系統和圖像采集系統，調整激光器至多個指定位置，使用高速攝像機拍攝每個指定位置的透明土試樣內部的剖面圖像，熒光染料使孔隙油液在激光照射平面內發出明亮熒光，而熔融石英砂顆粒則以黑色斑點形式出現；記錄為飽和透明土試樣初始狀態；

S06、調整壓力施加裝置，向透明土試樣分級施加滲透壓力，直至透明土試樣發生明顯潛蝕破壞；同時在每級滲透壓力穩定后，調整激光器至同樣的多個指定位置，通過滲透儀外壁的刻度條來定位所述激光器位置；使用高速攝像機拍攝每個指定位置的透明土試樣內部的剖面圖像；

S07、試驗完成后，綜合分析試驗過程的圖像演變規律，確定潛蝕發生及破壞的水力條件，分析潛蝕發生發展過程中透明土試樣內部孔隙結構的演變規律。