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原文传递脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统及方法

专利名称：	脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统及方法
摘要：	本发明涉及岩体物理模型试验的技术领域，特别涉及脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统及方法。包括岩石模型、落锤式冲击试验机、图像采集装置和图像处理装置；岩石模型为透明含裂隙的立方体的岩石模型，裂隙内充满示踪粒子流体；落锤式冲击试验机可模拟冲击载荷对岩石模型施加脉冲应力；图像采集装置包括相机机构和照明机构，相机机构可全程拍摄岩石模型的图像，照明机构对相机机构进行补光；图像处理装置包括图像采集卡和计算机，图像采集卡和所述相机机构连接，将相机机构采集到的图像进行数字化处理，数字化处理后的图像信息被传输到计算机中进行存储和分析，实现在爆破等动力荷载所引起动水压作用下裂隙岩体响应全过程可视化模拟。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	合肥工业大学
发明人：	汪亦显;张辉;袁海平;李娴;张伟;刘飞飞;卜旭东;周庭国;汪志强
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910187766.8
公开号：	CN109724867A
代理机构：	合肥金安专利事务所(普通合伙企业)
代理人：	彭超
分类号：	G01N3/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	230009 安徽省合肥市包河区屯溪路193号
主权项：	1.脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，其特征在于：包括岩石模型（1）、图像采集装置和图像处理装置（7）；所述岩石模型（1）为透明含裂隙的立方体，所述岩石模型（1）的上部中间设有上端敞口的圆柱体空腔（12），与圆柱体空腔（12）的下端对应的岩石模型（1）的中部设有椭圆裂隙空腔（11），椭圆裂隙空腔（11）的长轴两端对应着岩石模型（1）内部均设有若干条微裂纹（13）；圆柱体空腔（12）的下端和椭圆裂隙空腔（11）连通；所述圆柱体空腔（11）内设有示踪粒子流体，示踪粒子流体的液面上方设有活塞机构（4）；所述活塞机构（4）包括活塞（43）和活塞杆（42），活塞杆（42）的上部伸至圆柱体空腔（12）的上端外部；所述图像采集装置包括两台CCD相机（6）和两个LED照明灯（3）；所述两台CCD相机（6）分别位于岩石模型（1）的相对两侧，两个LED照明灯（3）分别位于岩石模型（1）相对两侧的上方；所述图像处理装置（7）包括图像采集卡（71）和计算机（72），图像采集卡（71）和所述每台CCD相机（6）分别连接，将两台CCD相机（6）采集到的图像进行数字化处理，数字化处理后的图像信息被传输到计算机（72）中进行存储和分析；用于实验时，将岩石模型（1）放置于落锤式冲击试验机（2）的工作台上，并使重锤位于活塞杆（42）的上方；打开两台CCD相机（6）和两个LED照明灯（3），使得两台CCD相机（6）可全程清晰拍摄岩石模型（1）的图像，两个LED照明灯（3）对两台CCD相机（6）的拍摄进行补光，提高每台CCD相机（6）的拍摄质量；启动落锤式冲击试验机（2），重锤锤击活塞机构（4），即可进行模拟冲击载荷对岩石模型（1）施加脉冲应力冲击的实验。 2.根据权利要求1所述脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，其特征在于：所述岩石模型（1）为透明光敏树脂材料经3D打印而成的透明含裂隙的立方体。 3.根据权利要求1所述脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，其特征在于：所述圆柱体空腔（12）的直径为椭圆裂隙空腔（11）短轴长度的50%。 4.根据权利要求1所述脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，其特征在于：所述圆柱体空腔（12）的腔体内设置的示踪粒子流体高度达到圆柱体空腔（12）的腔体高度的1//4~1/2。 5.根据权利要求1所述脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，其特征在于：所述椭圆裂隙空腔（11）为扁平状的腔体结构。 6.根据权利要求1所述脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，其特征在于：所述活塞杆（42）的上端设有圆形的活塞帽（41）。 7.根据权利要求1~6任一权利要求所述脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统的实验方法，其特征在于：包括以下步骤，（1）将透明含裂隙的立方体的岩石模型（1）放在落锤式冲击试验机（2）平台的中间并固定；（2）从岩石模型（1）的圆柱体空腔（12）的上端敞口注入示踪粒子流体，示踪粒子流体充满椭圆裂隙空腔（11）和多条微裂纹（13）的裂隙，从而使得示踪粒子流体达到圆柱体空腔（12）的腔体高度的1/3；（3）岩石模型（1）的圆柱体空腔（12）内放入配合的活塞机构（4），将活塞（43）的下端压入示踪粒子流体的液面处，活塞杆（42）的上端伸至圆柱体空腔（12）的上端外部，且活塞帽（41）位于落锤式冲击试验机（2）重锤的正下方；（4）岩石模型（1）的相对两侧分别放置CCD相机（6），根据岩石模型（1）的尺寸调整CCD相机（6）的位置，使得摄像全面覆盖对应拍摄区域并且拍摄清晰；（5）在岩石模型（1）相对两侧的上方分别放置LED照明灯（3），满足CCD相机（6）的补光要求，使得LED照明灯（3）从上方倾斜照射岩石模型（1）；（6）调试实验装置，调试完成后启动落锤式冲击试验机（2），使得落锤式冲击试验机（2）的重锤锤击活塞帽（41），对岩石模型（1）形成脉冲应力，进而驱动示踪粒子流体形成非稳态渗压，诱导立方体的岩石模型（1）上的裂隙扩展，在此过程中CCD相机（6）进行全程拍摄；（7）图像采集卡将CCD相机（6）全程拍摄的图像进行数字化后传输至计算机（72）中，由计算机（72）进行存储以备分析处理；（8）调整落锤式冲击试验机（2）的落锤重量及高度模拟不同冲击能，对岩石模型（1）形成不同的脉冲应力；试验完成后，通过图像比较，并利用图像数字化技术以及粒子图像测速法得到不同冲击能作用下岩石模型（1）基体的变形以及裂隙扩展长度与速度，追踪脉冲动水压下岩石模型（1）表面变形特性及内部裂隙扩展特性。 8.根据权利要求7所述脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验方法，其特征在于：步骤（3）中示踪粒子流体的流体为水，且示踪粒子满足水流场示踪粒子要求，具有良好流场跟随性。
所属类别：	发明专利