[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

说明书

本发明提供了一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，涉及岩土工程技术领域。本发明的基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，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；包括如下步骤：步骤1、可视化相似模型建立；步骤2、三轴渗流；步骤3、动态渗流观测及分析。本发明的基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，实验可操作性高，实验数据自动、精准采集，可以实现全程可视化地观测液相流体在岩石孔裂隙结构中的动态渗流过程，能够分析和掌握岩体裂隙网络中的流体动态分布规律，为裂隙岩体渗流研究提供一种科学研究手段。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体地说是涉及一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法。

背景技术

裂隙岩体渗流现象广泛存在于岩土工程领域中，在石油与天然气开采、矿井煤层注水、地层水运移等领域，均存在流体渗流的行为。研究流体在岩体裂隙中的渗流特性及流动机理，可以为相关工程技术的改进和发展提供基础理论指导。传统的物理渗流实验方法，难以实现可视化地观测液相流体在岩石孔裂隙结构中的动态渗流过程。随着计算机技术发展，数值模拟可以在一定程度上实现对岩体裂隙网络中的流体渗流模拟，但由于数值模拟边界条件和数值模型的理想化，很难准确表征流体在岩体裂隙网络中的流动特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，以实现全程可视化地观测液相流体在岩石孔裂隙结构中的动态渗流过程。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：

一种基于激光散射的岩体动态渗流可视化实验方法，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；