[发明专利]裂隙岩体剪切渗流特性可视化教学系统

说明书

本申请涉及一种裂隙岩体剪切渗流特性可视化教学系统，包括：试验装置包括密闭的腔体，腔体用于固定具有裂隙的试样岩体，试验装置上沿第一方向的一侧设有剪切力加载组件，试验装置上沿第一方向相对的两侧还分别设有进水口和出水口，进水口和出水口均用于与裂隙导通以供带有示踪粒子的液体经由进水口流入裂隙中并经由出水口流出；可视化组件包括激光组件和两个CCD相机，激光组件用于提供光源，CCD相机用于拍摄示踪粒子；出水采集组件用于对从裂隙渗流处的水的流量进行采集测量；控制器与可视化组件电性连接。根据本发明实施例的裂隙岩体剪切渗流特性可视化教学系统，能够更准确地获取裂隙内部的瞬态流场。

技术领域

本申请涉及裂隙剪切渗流试验技术领域，尤其涉及一种裂隙岩体剪切渗流特性可视化教学系统。

背景技术

裂隙岩石是水利水电、矿山、隧道开挖等工程中经常遇到的一类复杂岩体，它的强度、变形和渗透性等特征，将直接关系着工程设计、施工和运营稳定性，而这些特性具有显著的时间相关性。裂隙岩体剪切流变常常是造成岩体滑坡、围岩塌落、地下工程失稳等工程事故的主要因素。因此，开展裂隙岩体剪切渗流特性的实验研究，对于岩体工程的长期稳定性评价十分重要。同时，地下水主要沿裂隙面流动，地下水也是影响工程稳定性的重要因素，一般裂隙的渗透系数是完整岩石的几倍甚至几十倍；在应力作用下，裂隙面开度发生变化，从而导致裂隙岩体渗透性发生变化。

自然界中的岩体通常含有大量单裂隙构成，在裂隙岩体当中，完整的岩块透水性极其微弱，而流体流动的主要通道是其内部发育的单裂隙及裂隙网络，而深入探究单裂隙在剪切力的作用下局部流场结构演化特征是掌握其渗流特性的关键。

为了提高工程流体力学实验教学质量、增强学生理论与实践的结合，亟需能够开展多项流体试验的流动显示教学方面的演示系统。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种裂隙岩体剪切渗流特性可视化教学系统，采用了粒子图像测速技术，能够准确获取裂隙内部的瞬态流场，具有较高的测量精度，可直观展示裂隙内部流体流场变化。

根据本发明实施例的裂隙岩体剪切渗流特性可视化教学系统，包括：试验装置，试验装置包括密闭的腔体，腔体用于固定具有裂隙的试样岩体，试验装置上沿第一方向的一侧设有剪切力加载组件，试验装置上沿第一方向相对的两侧还分别设有进水口和出水口，进水口和出水口均用于与裂隙导通以供带有示踪粒子的液体经由进水口流入裂隙中并经由出水口流出；可视化组件，可视化组件包括激光组件和两个CCD相机，激光组件用于提供光源，CCD相机用于捕捉并拍摄示踪粒子；出水采集组件，出水采集组件用于对从裂隙渗流处的水的流量进行采集测量；控制器，控制器与可视化组件电性连接。

根据本发明实施例的裂隙岩体剪切渗流特性可视化教学系统，可视化组件还包括固定座，CCD相机固定于固定座上，固定座包括底座、X轴向导轨以及Y轴向导轨，底座包括万向轴，X轴向导轨固定于万向轴的顶端，Y轴向导轨底部通过第一滑块可滑动地嵌设于X轴向导轨上，Y轴向导轨上设有第二滑块，第二滑块上设有可转动的圆盘，CCD相机设于圆盘上。

根据本发明实施例的裂隙岩体剪切渗流特性可视化教学系统，CCD相机具有第一位置和第二位置，在第一位置时，CCD相机与激光组件位于试验装置的第二方向的同侧，且CCD相机与激光组件位于同一平面上，在第二位置时，CCD相机位于试验装置的第三方向的一侧，其中，第一方向、第二方向以及第三方向两两垂直。

可选地，CCD相机位于第一位置用于观测试样岩体的局部流场，液体包括罗丹明B溶液，CCD相机位于第二位置用于观测试样岩体的宏观流场，液体包括空心玻璃微珠悬浮液。

可选地，试验装置包括上盖板组件、下盖板组件、围板组件，上盖板组件、下盖板组件以及围板组件共同限定出腔体，围板组件的内侧壁上设有缓冲件，缓冲件和剪切力加载组件分别位于试验装置的第一方向相对的两侧。

可选地，缓冲件包括橡胶、硅胶、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、环氧树脂以及聚二甲基硅氧烷中的一种。