[发明专利]一种岩体裂隙渗流-颗粒运移沉积可视化的实验装置

说明书

本申请公开了一种岩体裂隙渗流‑颗粒运移沉积可视化的实验装置。该实验装置包括一个裂隙实验装置和观测裂隙渗流‑颗粒运移沉积过程的观测装置。所述的裂隙实验装置包括光源系统、悬浮液供给系统、透明裂隙模型系统和废液收集系统。所述的观测装置包括图像采集系统和监测系统。该实验装置利用了光透射原理，实现了裂隙渗流‑颗粒迁移沉积过程的定量化观测研究，同时在机械结构上实现了相机、光源与裂隙模型间的相对位置的灵活调整，实现了对岩体裂隙渗流‑颗粒迁移沉积过程的实时观测。

技术领域

本申请涉及岩体裂隙渗流与颗粒流实验的技术领域，尤其一种岩体裂隙渗流-颗粒运移沉积可视化的实验装置。

背景技术

在自然和工程条件下，岩体内发生的渗流常携带大量悬移质颗粒和胶体，并可能在其中发生沉积、吸附、推移、堵塞等诸多颗粒运移过程，对水利工程建设运行、能源开采、环境治理等方面产生显著影响。由于岩体渗流的主要通道由开度较大的裂隙提供，因此对岩体渗流-颗粒运移沉积演化过程和机理的深入研究，将有利于人类对自然界真实渗流过程有更加充分和准确的认识，特别是在获得多泥沙河流多泥沙河流悬移质泥沙颗粒和胶体在岩体裂隙中的运移沉积特性，解决潜流交换带、裂隙含水层中的颗粒运移问题，以及油气资源开采过程中支撑剂的运移沉积问题上提供帮助，满足各种生产实践需要。

由于普遍位于覆盖层之下，岩体含颗粒渗流的研究缺乏有效的原位、实时观测手段。目前，针对岩体裂隙内渗流和颗粒运移沉积的研究多依赖于示踪渗流试验或实验，最后通过获得一些测量点或剖面上的数据确定相应的渗流特性和颗粒运移特性。这种情况下，由于无法观测到具体过程，其性质上类似于黑箱模型，十分不利于科学研究和工程活动。另一方面，国内外对裂隙含颗粒渗流的研究多集中于野外宏观尺度方面，在细观机理方面研究较少；同时，针对机理的研究则多集中于裂隙无颗粒渗流，对于裂隙渗流-颗粒运移沉积的研究较少。因此急需一种结构稳定、流动参数可控的实验方式和实验方法以实现对裂隙渗流-颗粒运移沉积过程进行实时观测分析。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种岩体裂隙渗流-颗粒运移沉积可视化的实验装置，能够系统地研究不同压差、悬浮液浓度、裂隙粗糙度、裂隙开度下悬浮液流动和颗粒运移沉积过程，探求现象背后的真实机理，对于自然界岩体渗透特性演化的研究有一定的指导意义。此外该实验系统结构较为简单，成本低廉，可扩展性强。

本申请提供一种岩体裂隙渗流-颗粒运移沉积可视化的实验装置，包括：

一透明裂隙模型；

一恒压供液机构，连通所述透明裂隙模型并用以为所述透明裂隙模型提供恒压的悬浮液；

二压力传感器，分别用以采集所述透明裂隙模型的进口处、出口处的悬浮液压力；

二浊度计，分别用以采集所述透明裂隙模型的进口处、出口处的悬浮液的浊度值；

一流量计，用以采集进入所述透明裂隙模型的流量；

以及，一相机，用以采集所述透明裂隙模型内悬浮液的颗粒沉积状况的图像。

可选地，所述恒压供液机构包括位于内层的恒压层和位于外层的溢流层，所述恒压层的一端用以接受外界悬浮液的输入；所述恒压层的另一端连通所述透明裂隙模型。

可选地，所述透明裂隙模型包括由裂隙上盘、裂隙下盘、透明刚性板和两侧的侧挡板形成的两端开口的裂隙，且透明上盘的下表面和透明下盘的上表面皆为粗糙面。

可选地，所述透明裂隙模型的进口端设有进口端换液室，所述进口端换液室途径流量计、压力传感器连通所述恒压供液机构。

可选地，所述透明裂隙模型的出口端设有出口端换液室，所述出口端换液室途径压力传感器连通所述浊度计。

可选地，还包括用以为透明裂隙模型提供照射光的LED灯。