[发明专利]一种利用示踪图像测速技术可视化模拟测量砂土渗流特性的装置

说明书

本发明的一种利用示踪图像测速技术可视化模拟测量砂土渗流特性的装置，属于岩土工程模拟实验技术领域，包括计算机、CCD相机和注射泵，该装置还包括多孔介质组件，多孔介质组件由透明材料制成；多孔介质组件包括两个平板，两个平板沿竖向并列设置；两个平板之间设置有若干个玻璃柱，各个玻璃柱轴线方向的两端分别与两个平板固定连接；两个平板之间设有用于密封两个平板四周的玻璃面板，玻璃面板与两个平板相互固定，两个平板之间留出试验腔；相对的两个玻璃面板上分别固定有进液管和出液管，进液管和出液管均与试验腔连通，进液管与注射泵连接。该装置能代替砂土进行渗透试验，能提高可视化能力。

技术领域

本发明属于岩土工程模拟实验技术领域，具体涉及一种利用示踪图像测速技术可视化模拟测量砂土渗流特性的装置。

背景技术

渗流流向、流速是岩土工程、水文地质领域非常重要的参数，对于污染物运移、油气开发、水土流失等相关问题的研究也具有重大意义。非饱和土是指土壤孔隙由水和空气填充，即饱和度小于100%时但大于0时的土壤。

授权公告号CN105954168B的中国专利公开了一种高时空分辨率的非饱和 土三维渗流场观测试验装置，该专利中需要在模型箱内填满土颗粒，土颗粒为砂土颗粒或黏土颗粒或透明土颗粒，在采用透明土颗粒作为试验时，该专利需要制备示踪剂来反应渗流速度，通过模型箱周边的CCD高速相机连续、多侧面的拍照，来实现高时空分辨率的非饱和土三维渗流场观测。

上述专利中，透明土作为一种透光介质，利用透明土进行可视化研究要求透明土有尽量高的透明度，透明度越低，带来的实验误差越大。而目前所采用的可视化研究透明土大多为石英熔融制备的透明土，该透明土制备时存在问题如下：制备时熔融石英砂粒间存在一定气泡，制备而成的透明土中随之存在杂质气泡，当光入射时，石英与气泡分界面导致了光的散射，从而导致了可视化观测误差，也就引发了透明度即投射率低，误差大的结果。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提出一种利用示踪图像测速技术可视化模拟测量砂土渗流特性的装置，其为了解决如何提高可视化的前提下，实现对渗流特性的监测的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的一种利用示踪图像测速技术可视化模拟测量砂土渗流特性的装置，包括计算机、CCD相机和注射泵，该装置还包括多孔介质组件，多孔介质组件由透明材料制成；多孔介质组件包括两个平板，两个平板沿竖向并列设置；两个平板之间设置有若干个玻璃柱，各个玻璃柱轴线方向的两端分别与两个平板固定连接；各个玻璃柱以平板的边长方向并列排布，形成若干排和若干列的玻璃柱，各个玻璃柱之间互不接触；两个平板之间设有用于密封两个平板四周的玻璃面板，玻璃面板与两个平板相互固定，两个平板之间留出试验腔；相对的两个玻璃面板上分别固定有进液管和出液管，进液管和出液管均与试验腔连通，进液管与注射泵连接。

进一步地，所述玻璃柱供设置有47个，按照七排七列等距排布；第一排和第七排共6个玻璃柱，第二排至第六排均为7个玻璃柱；除第四列共有5个玻璃柱10以外，其他列的玻璃柱均为7个；第四列各个玻璃柱的圆心连线，与进液管和出液管的轴线平行。

用玻璃柱来模拟砂土，由于玻璃柱是玻璃制成的，所以没有气泡；玻璃柱之间留出的间隙，很好地模拟了砂土的间隙，经过试验可知，玻璃柱模拟的砂土在渗透系数这个渗透特性上，几乎与砂土试验的渗透系数相同。但是，CCD相机在渗透系数的计算上，误差范围变小，渗透系数的数值上更加稳定，提高了人的可视化能力，也便于CCD相机监测。其中，第四列的玻璃柱，少了两个玻璃柱是因为正对出水管和进水管，会导致渗流特性在这两个玻璃柱附近产生较大的突变，所以减少了两个玻璃柱，将留出的区域作为缓冲区。

进一步地，所述玻璃柱的直径为3mm或者4mm或者2mm；以一列玻璃柱看，相邻的两个玻璃柱的圆心距为8mm；以相邻的两列玻璃柱看，对应的两个玻璃柱之间的圆心距为8mm。