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原文传递法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统及方法

专利名称：	法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统及方法
摘要：	本发明公开了一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统，包括可视化三维交叉裂隙模型、模型固定架、可视化加压装置、高精度柱塞泵、液压剪切仪和图像采集装置；三维交叉裂隙模型由四块直角裂隙面组成，并用模型固定架固定，可视化加压装置设置在可视化三维交叉裂隙模型上，高精度柱塞泵与可视化三维交叉裂隙模型连接，图像采集装置位于可视化三维交叉裂隙模型一侧，且图像采集装置通过可视化加压装置对可视化三维交叉裂隙模型加压，并通过高精度柱塞泵调节可视化三维交叉裂隙模型内液体的流量和流速，可视化加压装置可按要求调整开度位置和利用横向挡板调节内部加压部分的大小，适应各种开度的裂隙模型，并且可以在交叉裂隙的四个分支上施加不同的可控均布法向压力，并通过剪切仪进行剪切，改变裂隙形态，模拟真实岩石裂隙剪切过程中的受压情况。
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;王丁;汪佳飞;莫洋洋;许久俊;赵志宏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910638113.7
公开号：	CN110297072A
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：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	312000 浙江省绍兴市环城西路508号
主权项：	1.一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统，其特征在于，包括可视化三维交叉裂隙模型(1)、用于施加法向压力的可视化加压装置(2)、高精度柱塞泵(3)、液压剪切仪(4)和图像采集装置(5)，所述可视化加压装置(2)设置在可视化三维交叉裂隙模型(1)上，所述高精度柱塞泵(3)与可视化三维交叉裂隙模型(1)连接，所述图像采集装置(5)位于可视化三维交叉裂隙模型(1)一侧，且所述图像采集装置(5)通过可视化加压装置(2)对可视化三维交叉裂隙模型(1)加压，并通过高精度柱塞泵(3)调节可视化三维交叉裂隙模型(1)裂隙内液体的流量和流速，进而自动采集可视化三维交叉裂隙模型(1)内部渗流的数据和状态，所述液压剪切仪(4)可以对裂隙模型(1)进行剪切，从而获取剪切过程中交叉裂隙的渗流特性。 2.根据权利要求1所述的一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统，其特征在于，所述的三维交叉裂隙模型(1)由四块透明树脂平板模型(6)和模型固定架(7)组成，所述透明树脂平板模型(6)的边缘由等距的平面构成，这些平面所围绕的中间部分是反映真实裂隙表面特征的粗糙面，且透明树脂平板模型(6)的左、右两侧边缘处的平面内设有橡胶垫层，以便于防水，侧面边缘连接滑轨，所述模型固定架(7)设有固定模型的凹槽和固定加载盒的卡扣，所述透明树脂平板模型(6)边缘处的平面外侧固定于固定架(7)凹槽内，固定压紧后形成三维交叉裂隙模型(1)。 3.根据权利要求1所述的一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统，其特征在于，所述的可视化加压装置(2)包括内部空心的透明无底板加载盒(8)、可移动挡板(9)、高弹性透明橡胶水袋(10)和高精度压力传感器(11)，所述透明橡胶水袋(10)放置于加载盒(8)内，且水袋内部安置高精度压力传感器(11)和水泵的水管，所述高精度压力传感器(11)数据由无线接收器接收并反馈给图像采集装置(5)，其中，所述的可视化加压装置(2)利用固定架的卡扣放置于交叉裂隙的四条分支上，利用四个水泵产生四种不用的法向压力。 4.根据权利要求3所述的一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统，其特征在于，所述的可移动挡板(9)是由一块透明的调节挡板(12)和两根可以伸缩固定的伸缩杆(13)组成，所述调节挡板(12)随着伸缩杆(13)的伸缩移动而调节的位置，从而改变空腔的体积。 5.根据权利要求1所述的一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统，其特征在于，所述的高精度柱塞泵(3)用于精准控制交叉裂隙中各分支的液体流量和流速。 6.根据权利要求1所述的一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统，其特征在于，所述的图像采集装置(5)，包括高清摄像机(15)、面光源(14)和计算机(16)，所述高清摄像机(15)和面光源两者分布于所观察裂隙面的两侧，通过高清摄像机(15)记录内部渗流的过程，并用计算机(16)控制四台摄像机同步开始和结束拍摄。 7.根据权利要求1所述的一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验系统，其特征在于，所述的液压剪切仪(4)与三维交叉裂隙模型的右侧水平裂隙面上部接触，通过水平推动力使模型的上半部产生剪切滑移。 8.一种法向压力可控的交叉裂隙剪切渗流可视化实验方法，其特征在于，包括如下步骤： a.在透明树脂平板模型(6)的左、右两侧边缘空缺处放置滑轨后再将整个模型通过固定架(7)的凹槽内固定并压紧，再将透明橡胶水袋(10)放置于加载盒(8)内，且水袋内部安置高精度压力传感器(11)和水泵的水管，然后将高精度柱塞泵(3)与树脂模型(5)上的水泵水管连接，最后，加载盒(8)固定架的固定卡扣内，可移动挡板(9)调节至符合裂隙面大小的位置，将高清摄像机(15)和面光源两者分布于所观察裂隙面的两侧； b.伸缩杆(13)伸缩进行移动，调节挡板(12)随着伸缩杆(13)的移动而调节相应位置，从而控制树脂模型(5)内的空腔体积，而外部的水通过水泵进入到水囊(10)内，随着水的充入形成水压，从而在于水囊接触的裂隙模型上产生均布的法向压力。 c.开启高精度柱塞泵(3)，高精度柱塞泵(3)通过树脂模型(6)内的水泵水管将外部的水输送到树脂模型(5)内，而后高清摄像机(15)记录内部渗流的过程，并将其记录内部渗流的过程及变化输送至计算机(16)内； d.开启液压剪切仪(4)，推动三维裂隙交叉模型(1)的上半部产生剪切滑移，此时透明橡胶水袋随之滑动保持恒定的法向压力，通过高清摄像机(15)记录内部渗流的过程，并将其记录内部渗流的过程及变化输送至计算机(16)内。
所属类别：	发明专利