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原文传递基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统及方法

专利名称：	基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统及方法
摘要：	本发明公开了一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统及方法，包括主体框架和设于主体框架内的以下设备：用于对岩体裂隙渗流运移进行可视化测试的测试室；在测试室内放置有用于测试的试样，所述试样为可视化岩石单裂隙模型；用于对测试室内的试样进行施加不同大小的均布法向应力以及控制整个试验系统的温度的液压加热系统；用于根据试验要求不同向测试室输入不同流体的渗流系统；用于采集可视化岩石单裂隙模型的实时图像，然后记录数据的数据采集系统。本发明能够在不同温度和法向应力条件下，探究不同粗糙度和开度对岩石裂隙内渗流机理和物质运移的影响问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	绍兴文理学院
发明人：	李博;赵志宏;叶鹏进;汪昕;崔逍峰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201910416272.2
公开号：	CN110082273A
代理机构：	杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	黄前泽
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	312000 浙江省绍兴市环城西路508号
主权项：	1.一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统，包括用于稳定整体结构的主体框架(1-1)，其特征在于：还包括均设于主体框架(1-1)内的以下设备：设于主体框架(1-1)中间位置，并用于对岩体裂隙渗流和物质运移进行可视化测试的测试室(17)；在测试室(17)内放置有用于测试的试样，所述试样为可视化岩石单裂隙模型(13)；用于对测试室(17)内的试样进行施加不同大小的均布法向应力以及控制整个试验系统温度的液压加热系统；与测试室(17)连接，并用于根据试验要求不同向测试室(17)输入不同流体的渗流系统；对准测试室(17)内的可视化岩石单裂隙模型(13)位置，并用于采集可视化岩石单裂隙模型(13)的实时图像，然后记录数据的数据采集系统。 2.根据权利要求1所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统，其特征在于，所述测试室(17)包括由四块透明平板(17-1)围成的空腔(17-2)，四块透明平板(17-1)为一个整体，能够将一定尺寸的可视化岩石单裂隙模型(13)插入空腔(17-2)内。 3.根据权利要求2所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统，其特征在于，所述渗流系统包括柱塞泵(1)、转换活塞(3)、前集水室(15)和后集水室(20)，所述前集水室(15)以及后集水室(20)的开口分别与测试室(17)的两个左右开口相互拼接设置构成一个岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)，且在测试室(17)对应空腔(17-2)的左右侧壁设有一条第一长条形凸起(26)，在前集水室(15)以及后集水室(20)与测试室(17)拼接的开口处设有尺寸大于第一长条形凸起(26)的第一长条形凹槽(25)，在前集水室(15)的左侧设有注水孔(14)，注水孔(14)通过输水管与转换活塞(3)连接，转换活塞(3)与柱塞泵(1)连接，在后集水室(20)的右侧设置有与外部废液池连通的出水孔(21)；转换活塞(3)放置于高低温环境箱(4)中，用于控制流体的温度。 4.根据权利要求3所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统，其特征在于，所述液压加热系统包括顶部油腔(18)、底部油腔(24)和压油泵(10)，所述的顶部油腔(18)与底部油腔(24)均分为前中后三部分，顶部油腔(18)的前部油腔位于前集水室(15)的上方，底部油腔(24)的前部油腔位于前集水室(15)的下方，顶部油腔(18)的后部油腔位于后集水室(20)的上方，底部油腔(24)的后部油腔位于后集水室(20)的下方，顶部油腔(18)与底部油腔(24)的中部油腔分别位于测试室(17)内并对应设置在可视化岩石单裂隙模型(13)的上方和下方上，且底部油腔(24)以及顶部油腔(18)的中部油腔的前后均设有一条第二长条形凸起(27)，在底部油腔(24)以及顶部油腔(18)的前部油腔右侧及后部油腔左侧设有尺寸大于第二长条形凸起(27)的第二长条形凹槽(28)，在底部油腔(24)以及顶部油腔(18)的前部油腔的左侧设有通过输油管与压油泵(10)连接的注油孔，所述注油孔包括位于顶部油腔(18)前部油腔的左侧的顶部油腔注油孔(16)以及位于底部油腔前部油腔的左侧的底部油腔注油孔(12)；在底部油腔(24)以及顶部油腔(18)的后部油腔的右侧设置上方连接有阀门的出油孔，所述出油孔包括位于顶部油腔(18)后部油腔的右侧的顶部油腔出油孔(19)以及位于顶部油腔(18)后部油腔的右侧的底部油腔出油孔(22)；在油腔中注满油后关闭阀门，通过改变油压的大小，对可视化岩石单裂隙模型(13)加不同的应力，同时可以改变压油泵(10)中的油温来对整个测试系统进行加热控制。 5.根据权利要求4所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统，其特征在于，在岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)的前部与中部、中部与后部之间的长条形凸起与凹槽配合的位置均设置有一个“目”字形硅胶垫(29)，并通过固定钢架(7)夹紧。 6.根据权利要求5所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统，其特征在于，所述数据采集系统包括高速摄像机(5)、面光源(9)、差压计(8)和计算机(11)，所述高速摄像机(5)对准可视化岩石单裂隙模型(13)的位置，并通过数据线与计算机(11)连接，将拍摄到的图像实时传输给计算机(11)，所述的面光源(9)的亮度朝向可视化岩石单裂隙模型(13)的位置，差压计(8)通过导管与左右两侧前集水室(15)和后集水室(20)上对应的测压孔(23)相连，用于测量测试室(17)前后流体的压差，用数据线将差压计(8)与计算机(11)相连，进行实时记录压力数据。 7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定试验系统，其特征在于，所述的可视化岩石单裂隙模型(13)可以根据试验需求制作、模拟不同真实岩石裂隙。 8.一种基于灰度图像的岩石裂隙开度分布测定方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)向测试室(17)中放入楔形平面裂隙模型，安装好装置，同时保证测试系统的密封性； (2)由于转换活塞(3)被中间的隔断分为上下两个腔室：下腔室与柱塞泵(1)相连，此腔室注水；上空腔与岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)相连，此腔室注有色流体，并将柱塞泵(1)、转换活塞(3)、压油泵(9)、岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)通过导管连接；根据实验要求设定高低温环境箱(4)的温度，控制转换活塞(3)内流体的温度； (3)在岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)的后面放置面光源(9)，架设高速摄像机(5)，对相机进行调焦和相关参数的设置，包含：帧率、曝光和拍摄时长；并保持高速摄像机(5)、岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)、面光源(9)，三者在一直线上； (4)启动压油泵(10)，设置油压，对可视化岩石单裂隙模型(13)施加一定的应力； (5)启动柱塞泵(1)，使岩石单裂隙模型可视化渗流试验装置(6)内部注满有色流体； (6)使用摄像机记录下可视化岩石单裂隙模型(13)的图像，获得灰度H的分布； (7)根据楔形平面裂隙模型已知的开度b分布和试验所得的灰度H分布，根据以下公式 ln(H)＝-εb (1) H—灰度值 ε—比例系数 b—裂隙开度可得比例系数ε的值，并记录； (8)根据实验需要，扫描获得真实岩体裂隙的数据； (9)将楔形平面裂隙模型更换为可视化岩石单裂隙模型(13)，安装好装置，同时保证测试系统的密封性； (10)启动压油泵(10)，设置油压，对可视化岩石单裂隙模型(13)施加一定的应力； (11)启动柱塞泵(1)，通过转换活塞(3)，向单裂隙岩石模型可视化渗流试验装置注入有色流体； (12)在启动柱塞泵(1)的同时，启动高速摄像机(5)和差压计(8)，拍摄并记录流体通过裂隙的渗流全过程图像和压力； (13)选取单裂隙岩石模型可视化渗流试验装置注满有色流体的图像，作为现应力状态下模型的图像，获得灰度H的分布； (14)根据公式(1)及灰度H分布和步骤7所得比例系数ε的值，即可计算出试验模型该应力状态下开度b的分布规律； (15)改变油压或油温，重复步骤11至14，即可得出可视化岩石单裂隙模型(13)在不同应力或温度作用下开度的变化规律。
所属类别：	发明专利