[發(fā)明專利]一種顆粒群間液橋融合現(xiàn)象觀測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111423652.2
• 申請(qǐng)日: 2021-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN114166700B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鞠磊;李家園;楊洲;李云鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/00
• 分類號(hào): G01N15/00;G01N21/85
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于濕顆粒群液化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種顆粒群間液橋融合現(xiàn)象觀測(cè)裝置及方法。本發(fā)明利用高清晰度的高速攝像機(jī)，利用微小量放大法將顆粒群內(nèi)部不宜觀察的現(xiàn)象直觀化，通過觀測(cè)一單層顆粒群間液橋隨飽和度增加的形貌變化，推及濕顆粒群液化的普遍規(guī)律。用高速攝像機(jī)記錄低飽和度時(shí)顆粒間相對(duì)獨(dú)立的液橋在飽和度升高后的形貌變化，圖像處理后實(shí)現(xiàn)液橋融合特性及流態(tài)液化的機(jī)理性研究。本發(fā)明可以通過改變球形顆粒直徑、顆粒初始持液量、顆粒群飽和度、液體種類等多個(gè)變量來觀察顆粒群間液橋隨飽和度增加產(chǎn)生的融合現(xiàn)象。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于濕顆粒群液化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種顆粒群間液橋融合現(xiàn)象觀測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

飽和濕顆粒群由于孔隙水壓力升高而引起剪切強(qiáng)度喪失和有效應(yīng)力降低，最終導(dǎo)致砂土表現(xiàn)出類似于流體特征的一種現(xiàn)象，被稱為液化。在船舶散貨運(yùn)輸、巖土砂石滑坡、煤炭礦物采集等等過程中，濕顆粒群液化現(xiàn)象嚴(yán)重威脅著從業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前針對(duì)飽和濕顆粒群液化現(xiàn)象的研究多局限于宏觀層面，但飽和濕顆粒群液化相關(guān)性質(zhì)與顆粒之間液橋的初始形態(tài)、融合變形、滲流液化等等細(xì)觀性質(zhì)息息相關(guān)。顆粒群間液橋隨飽和度增加融合液化的行為變化迅速且不宜觀察。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服顆粒群間液橋融合現(xiàn)象觀測(cè)難的問題，提供一種顆粒群間液橋融合現(xiàn)象觀測(cè)裝置及方法。

一種顆粒群間液橋融合現(xiàn)象觀測(cè)裝置，包括單層持液顆粒群模塊、顆粒群飽和度控制模塊、高速攝像圖像采集模塊；

所述單層持液顆粒群模塊包括水密鉸固控制旋鈕、上透明夾持面板、下透明夾持面板、接水槽、球形顆粒；所述上透明夾持面板與下透明夾持面板可組合為水密封閉框架結(jié)構(gòu)，在下透明夾持面板底部設(shè)有放水口，所述接水槽布置在放水口的下方；所述上透明夾持面板與下透明夾持面板上均附有網(wǎng)格定位圖層，用于所述球形顆粒排布時(shí)定位及后續(xù)圖像數(shù)據(jù)處理；所述球形顆粒自由排布，形成單層顆粒群；所述水密鉸固控制旋鈕用于將所述單層顆粒群夾持在所述上透明夾持面板與所述下透明夾持面板之間，并使兩面板上的網(wǎng)格定位圖層對(duì)齊；

所述顆粒群持液控制模塊包括多支路均分流移液管；所述多支路均分流移液管的每一支路出口處均配備有緩沖注水口，多支路均分流移液管中的液體通過緩沖注水口進(jìn)入上透明夾持面板與下透明夾持面板組成的水密封閉框架結(jié)構(gòu)中，液體進(jìn)入時(shí)近似準(zhǔn)靜態(tài)，消除移液流速對(duì)試驗(yàn)的影響；

所述高速攝像圖像采集模塊用于記錄所述單層顆粒群液體穩(wěn)定持液、受擾動(dòng)、滲流的完整過程，通過對(duì)記錄的視頻照片進(jìn)行后續(xù)處理，得到顆粒群間液橋形式、液體分布規(guī)律、液橋融合滲流形式、單層顆粒群流態(tài)化運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述高速攝像圖像采集模塊包括高像素高速攝像機(jī)、圖像數(shù)據(jù)采集記錄主機(jī)、LED補(bǔ)光燈；所述高像素高速攝像機(jī)布置于上透明夾持面板的正上方，拍攝角度豎直向下，正對(duì)上透明夾持面板的外表面，視野界面保證整個(gè)單層顆粒群都處于攝像記錄范圍；所述圖像數(shù)據(jù)采集記錄主機(jī)與高像素高速攝像機(jī)連接。

一種顆粒群間液橋融合現(xiàn)象觀測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1：依照試驗(yàn)方案在上透明夾持面板與下透明夾持面板之間自由排布球形顆粒，形成單層顆粒群；通過鉸固控制旋鈕將單層顆粒群夾持在上透明夾持面板與下透明夾持面板之間，并使兩面板上的網(wǎng)格定位圖層對(duì)齊，檢查裝置水密性；

步驟2：通過移液器向單層顆粒群主體部分添加定量液體，所添加液體通過多支路均分流移液管與緩沖注水口近似準(zhǔn)靜態(tài)地進(jìn)入單層顆粒群主體部分，所添加液體的體積即為初始持液量，計(jì)算得到初始飽和度；

步驟3：通過移液器向自由堆積的單層持液顆粒群主體部分添加過量液體直至液橋融合滲流，顆粒群呈現(xiàn)流態(tài)化，通過高速攝像圖像采集模塊拍攝記錄整個(gè)過程，試驗(yàn)完成后打開放水口使水流入接水槽中；

步驟4：對(duì)高速攝像圖像采集模塊記錄的視頻照片進(jìn)行后續(xù)處理，得到顆粒群間液橋形式、液體分布規(guī)律、液橋融合滲流形式、單層顆粒群流態(tài)化運(yùn)動(dòng)。