[发明专利]一种模拟交叉裂隙渗流的可视化试验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟交叉裂隙渗流的可视化试验装置，其特征在于：包括基准平板、支撑板、底座、透明裂隙模具、水平相机、垂直相机、固定架、供液系统和控制主机，所述基准平板通过转轴安装在两个支撑板顶部，两个支撑板固定在底座上，基准平板前侧面设有与其平行的平板光源，所述固定架固定连接在基准平板上，所述透明裂隙模具通过夹板固定后安装在平板光源前侧的固定架上，固定架远离转轴处设有支撑在底座上的支撑调节杆，当基准平板处于竖直位置时，所述透明裂隙模具也处于竖直姿态且与基准平板所在平面垂直；所述水平相机和垂直相机也安装在固定架上，其中水平相机用于对透明裂隙模具顶部水平裂隙面拍摄，所述垂直相机用于对与平板光源相对一侧的透明裂隙模具侧边的垂直裂隙面拍摄，水平相机和垂直相机通过数据线与控制主机相连，所述供液系统通过管道与透明裂隙模具的液体出入口分别相连，通过控制主机控制供液系统的供液量进行裂隙渗流可视化试验；

所述透明裂隙模具为采用透明方块玻璃拼接而成的单边T字型交叉裂隙，透明裂隙模具顶部设有通过玻璃胶连接的入口边界接头，所述入口边界接头上设有与透明裂隙模具顶部裂隙连通的入口孔，入口孔顶部设有用于连接供液管道的螺孔，透明裂隙模具底部设有通过玻璃胶连接的出口边界接头，所述出口边界接头上设有与透明裂隙模具底部裂隙连通的出口孔，出口孔底部设有用于连接排液管道的螺孔。

2.如权利要求1所述的可视化试验装置，其特征在于：所述固定架由水平方向的支杆和竖直方向的支杆组成，支杆与支杆之间通过杆夹相连。

3.如权利要求2所述的可视化试验装置，其特征在于：所述杆夹采用金属制成，杆夹本体上设有多个供支杆穿过的安装孔，安装孔在一侧裂开分成两半，两半安装孔之间通过螺栓紧固，支杆穿过安装孔后，拧紧螺栓即可保持支杆与杆夹本体相对固定。

4.如权利要求1所述的可视化试验装置，其特征在于：所述支撑调节杆为可调节高度的伸缩杆，其包括固定块和设于固定块上的调节螺栓，固定块固定安装在固定架底部，调节螺栓通过竖直方向的螺孔安装在固定块上，拧动调节螺栓即可调整其底部伸出高度，与转轴一起配合即可调整基准平板的倾斜角度。

5.如权利要求1所述的可视化试验装置，其特征在于：所述供液系统为注射泵、储液槽和废液回收槽，所述注射泵通过管道与储液槽及透明裂隙模具顶部的液体入口相连，透明裂隙模具底部的液体出口通过管道与废液回收槽相连。

6.如权利要求5所述的可视化试验装置，其特征在于：所述管道采用聚四氟乙烯材料制成，注射泵、储液槽和透明裂隙模具顶部的液体入口之间通过三通阀控制液体流向。

7.如权利要求6所述的可视化试验装置，其特征在于：所述透明裂隙模具的透明方块玻璃之间的裂隙内设有间隙片，通过间隙片控制裂隙开度，所述间隙片通过光固化胶粘结于裂隙边缘处。

8.一种利用权利要求1所述的可视化试验装置模拟交叉裂隙渗流的可视化试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、安装调整好平板光源、透明裂隙模具、垂直相机以及水平相机的相对位置，调整好垂直相机和水平相机焦距、曝光强度；

步骤2、利用染色流体进行裂隙面渗流试验；

步骤3、通过垂直相机和水平相机以预设的拍摄速率连续采集裂隙面渗流过程的图像，利用Matlab图像处理函数对图像进行去背景、二值化和滤波处理，并统计渗透过程中液体的几何特征；

步骤4、利用实际尺寸与照片像素尺寸的比例还原裂隙面内液面的真实尺寸，计算公式如下：

上式中，D为液面真实尺寸，D'为液面像素尺寸，S为标定点实际距离，S'为标定点像素距离。

9.如权利要求8所述的可视化试验方法，其特征在于，步骤3中，对图像进行去背景、二值化和滤波处理，并统计渗透过程中液体的几何特征具体步骤如下：

步骤a：选取一张液体还未进入裂隙面的图像作为初始图像P₁；

步骤b：依次将采集到的试验过程的图像减去初始图像P₁，得到去除背景的图像P₂；

步骤c：将图像P₂二值化得到图像P₃，使得液体存在部分为白色，其余部分为黑色，通过Matlab程序获取竖直裂隙面和水平裂隙面的液面形态随时间变化的数据。