[发明专利]一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法

权利要求书

1.一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，其特征在于，采用基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验设备，所述基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验设备包括供压注液系统、渗流监测系统和数据采集系统；

所述供压注液系统包括加载容器、底座、上盖、上压头、下压头、轴压泵、围压泵和流压泵；

所述加载容器设置于底座上，所述加载容器由透明材料制成，加载容器的内部设置为加载腔，加载容器的上方开口，加载容器的上方可拆卸连接上盖；

加载腔的上端设置上压头，加载腔的下端设置下压头，上压头与下压头之间用于放置可视化相似模型，可视化相似模型与加载腔的侧壁之间留有空间，该空间定义为围压加载腔，所述下压头的上端面设置有注液口，所述上压头的下端面设置有排液口；

所述轴压泵经第一管路分别连接上压头和下压头，所述围压泵经第二管路连接围压加载腔，所述流压泵经第三管路连接注液口，所述排液口连接有排液管；

所述渗流监测系统包括激光源和高速摄像机，所述激光源布置于加载容器的左侧或右侧位置，所述激光源可将激光照射在加载容器内的可视化相似模型上，所述高速摄像机布置于加载容器的前侧或后侧位置；

所述数据采集系统分别信号连接轴压泵、围压泵、流压泵和高速摄像机；

所述方法包括如下步骤：

步骤1、可视化相似模型建立

采用CT扫描仪对天然岩样进行断层扫描得到图像数据，由图像数据构建岩体裂隙网络三维数据模型，将岩体裂隙网络三维数据模型导入3D打印机，以3D打印基础材料打印，得到可视化相似模型；

步骤2、三轴渗流

用透明热缩管将可视化相似模型包裹压紧，将可视化相似模型放置于加载腔内并固定于上压头和下压头之间，在可视化相似模型与上压头、下压头的接合处用封堵材料进行封堵；

数据采集系统设定轴压泵的输出压力，使上压头、下压头对可视化相似模型施加轴向压力；

数据采集系统设定围压泵的输出压力，使围压泵向围压加载腔内注入加载液，对可视化相似模型施加侧向围压；

数据采集系统设定流压泵的输出压力，使从下压头的注液口向可视化相似模型流入液相流体，液相流体渗流穿过可视化相似模型的孔裂隙并从上压头的排液口经排液管排出；

步骤3、动态渗流观测及分析

保持对可视化相似模型施加轴向压力，保持对可视化相似模型施加侧向围压，保持液相流体渗流穿过可视化相似模型；由激光源将激光照射在加载容器内的可视化相似模型上产生一个激光照射面，激光在穿过可视化相似模型的固体结构时发生明显的散射作用而呈现光亮的通路，激光在穿过可视化相似模型的孔裂隙内流动的液相流体时发生的散射作用很微弱而无光亮的通路；高速摄像机实时拍摄可视化相似模型上的激光照射面得到渗流状态图，渗流状态图上传至数据采集系统；沿着前、后方向移动激光源，保持激光照射在加载容器内的可视化相似模型上产生其他几个激光照射面，高速摄像机实时拍摄可视化相似模型上的其他几个激光照射面得到其他几个渗流状态图，其他几个渗流状态图也上传至数据采集系统；数据采集系统基于各个渗流状态图还原液相流体在岩石孔裂隙结构中的动态渗流过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，其特征在于：以聚甲基丙烯酸甲酯为基体材料，以折射率不同于基体材料的二氧化硅为散射材料，以氟化锆为辅料，根据天然岩样的力学性质，确定基体材料、散射材料和辅料的配比，以十二烷胺盐酸盐为调节剂，将基体材料、散射材料、辅料和调节剂混合均匀制成所述3D打印基础材料，其中，调节剂的质量百分数为0.1％至2％。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，其特征在于：采用正交实验进行复配以确定基体材料、散射材料和辅料的配比。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，其特征在于：所述排液管上设置有流量计，所述数据采集系统还信号连接流量计；

步骤3中，流量计实时将流量数据上传至数据采集系统，由数据采集系统计算得到液相流体在岩石孔裂隙结构中的渗透率。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，其特征在于：围压泵向围压加载腔内注入的加载液为水。