[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

说明书

本发明公开了一种模拟交叉裂隙渗流的可视化试验装置及方法，包括一个交叉裂隙模具和观察交叉裂隙渗流的试验装置。所述的交叉裂隙模具内部为T字形交叉的裂隙结构，所述试验装置包括固定装置、流量控制装置和数据采集装置。该试验装置利用了光透射原理，实现了透明交叉裂隙渗流过程的定量化观测研究，同时在机械结构上实现了相机、光源与裂隙模具间的相对位置的灵活调整，实现了对交叉裂隙渗流过程的三维实时观测。

技术领域

本发明涉及裂隙渗流模型试验的装置及方法，具体涉及一种模拟交叉裂隙渗流的可视化试验装置及方法。

背景技术

地下渗流是岩土工程领域的重要前沿基础科学问题，其与诸多领域的国家重大工程安全有着紧密的联系，如水利工程中地基渗漏问题，石油工程中地下油库存储安全问题，二氧化碳地质封存问题，污染物在地下介质中的迁移问题等。因此，研究岩体渗流对工程安全评估与危害防治，地下水污染评价和修复等方面的问题有着重要的意义。

岩体由完整的块状岩石和复杂结构面组成。岩石作为一种相对致密的多孔介质，其本身通常具有强度高、渗透性低等特点；而结构面是岩石与岩石之间的接触面，其具有相对较大的开度，可为岩体渗流提供易于流动的通道，因而裂隙作为控制岩体渗流的主要结构，对地下渗流的规律起着主导性的作用。

由于普遍位于覆盖层之下，岩体渗流研究缺乏有效的原位、实时观测手段。目前，针对裂隙渗流的研究多依赖野外染色示踪渗流试验，最后通过现场开挖确定相应的渗流特性，由于无法观测到试验过程中渗流的具体过程，其性质上类似于黑箱模型，十分不利于科学研究和工程活动。目前，国内外对裂隙渗流的研究多集中于野外宏观尺度方面，而在细观机理方面研究较少；而针对机理的研究则多集中于单一裂隙，对于交叉裂隙的研究较少。因此急需一种试验方法和装置以实现对交叉裂隙渗流的实时观测分析。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术的不足，提供一套模拟交叉裂隙渗流的可视化试验装置及方法，该装置采用光透射原理实现了裂隙渗流过程的可视化、定量化观测，同时兼具有三维多角度的实时观测功能、不同重力梯度下的试验功能；此外该设备结构简单，成本低廉，可扩展性强。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

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的水平裂隙面拍摄，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。

作为改进，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。

作为改进，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。

作为改进，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。

作为改进，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。