岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统，包括三维云台、裂隙网络模块、夹持式流入/出接口、渗出水称重系统、渗流可视化系统。裂隙网络模块包括上下层玻璃板以及位于中间层的含裂隙网络的玻璃板，水源通过夹持式流入/出接口进入裂隙网络模块，渗流水通过夹持式流入/出接口进入渗出水称重系统。利用该系统，可以对任意形态裂隙网络沿不同方向裂隙的渗透系数进行定量测定，同时还可以对裂隙网络中不同方向裂隙的渗流过程进行可视化研究。该系统很好地解决了渗流试验中的水流渗漏问题，同时具有测试方便，加工简单，成本低廉等优点。

Measurement and visualization system of permeability coefficient of rock fracture network

The invention discloses a fracture network of rock mass permeability coefficient of the directivity measurement and visualization system, including 3D head, fracture network module, clamp into / out interface, water seepage and weighing system, flow visualization system. Fracture network module includes upper and lower glass plate in the middle layer and the fracture network containing glass plate, through the water inflow / clamp interface into seepage through fracture network module, clamp into / out interface into water seepage weighing system. By using this system, the permeability coefficient of any fracture network along different directions can be quantitatively measured, and the seepage process in different directions of fracture network can be studied visually. The system has solved the problem of water seepage in seepage test, and has the advantages of convenient testing, simple processing and low cost.

【技术实现步骤摘要】
岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统
本专利技术涉及网络裂隙介质物理模型试验领域，特别是一种针对岩体中裂隙网络沿不同方向渗透系数的测试系统，以及沿不同方向渗流过程的可视化研究方法。
技术介绍
天然岩体中存在大量不连续面/裂隙，这些不连续面的存在为岩体中水或其他有害物质的运移提供了通道，裂隙岩体的渗流特性在岩体工程中发挥着越来越重要的作用。岩体工程中的裂隙一般呈网状，水或有害物质在其中产生渗流的过程中，一般沿不同方向的渗透系数及渗流的过程都是不同的。因此展开流体在岩体裂隙网络中渗透系数的各向异性及沿不同方向渗流过程的可视化研究，对于边坡工程稳定性及地下(储藏)工程的安全评估都具有重要的意义。申请号为CN201210275148.7的专利技术专利从理论分析的角度提出了一种基于单孔水流波动方程确定各向异性介质渗透参数的方法，该方法利用裂隙介质水动力学和振荡试验原理，能构得到各向异性岩体介质的渗透系数张量。申请号为CN201610064275.0的专利技术专利提出了一种研究不同倾角裂隙岩体的渗透率与其自身孔隙率之间关系的方法，该专利利用类岩石相似材料制作不同倾角的类岩石试样，通过对不同倾角的试样施加围压改变试样孔隙率并对其渗透率进行测试，通过不断改变围压，研究不同倾角试样的渗透率对孔隙率变化的敏感程度。申请号为CN201610065036.7的专利技术专利研究了裂隙岩体中裂隙倾角的不同导致的渗透率的变化，该专利以数学分析方法确定裂隙岩体不同方向的渗透率变化率，并对渗透率与倾角的变化率进行标准化处理，得到不同倾角单位倾角变化引起的单位渗透率的变化量。上述现有技术中对于岩体中水力特性的研究，大多研究的是不同工况下岩体渗透率的大小，或者是岩体渗透率与其他物理参数(比如裂隙倾角和孔隙率)之间的关系。然而作为表征岩体水力特征的渗透系数，沿着裂隙岩体中的不同方向裂隙渗透系数具有很大的差异，表现出明显的方向性，在岩体裂隙网络渗流的过程中对不同方向渗透系数进行研究目前还鲜有报道。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统，可以针对致密岩体裂隙网络中沿不同方向裂隙的渗透系数进行定量测试，同时还可以针对裂隙网络中流体沿不同方向裂隙的渗流过程进行可视化研究。技术方案：岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统，其特征在于：包括三维云台、水源、注射泵、裂隙网络模块、夹持式流入/出接口、渗出水称重系统、渗流可视化系统；其中，所述裂隙网络模块包括上下层玻璃板以及位于中间层的含裂隙网络的玻璃板，所述上下层玻璃板以及含裂隙网络的玻璃板均为正n边形，n为偶数，含裂隙网络的玻璃板的边长大于等于所述上下层玻璃板的边长；所述上层玻璃板的下表面四周和下层玻璃板的上表面四周设有密封胶；所述裂隙网络模块水平置于所述三维云台上，所述裂隙网络模块的每条边上均连接有夹持式流入/出接口，每个夹持式流入/出接口均包裹住所述裂隙网络模块的一侧边，所述夹持式流入/出接口与裂隙网络模块接触的边缘均设有密封胶；所述裂隙网络模块的相对两条侧边上，一个夹持式流入/出接口通过导水管连接注射泵后连接水源，另一个夹持式流入/出接口通过导水管连接渗出水称重系统；所述渗流可视化系统设置于所述裂隙网络模块的正上方。进一步，所述夹持式流入/出接口内设有正对导水管连接口的溢流板。进一步，所述渗出水称重系统包括收集容器、电子称和计算机，收集容器用于收集裂隙网络模块中渗流出的水，收集容器置于电子称上，计算机和电子称相连用于实时称量并记录渗出水的质量。进一步，所述导水管连接所述水源端设有过滤装置。进一步，包括如下实验步骤：1)首先制作裂隙网络玻璃板，然后组装裂隙网络模块并连接整个试验系统；2)利用三维云台将裂隙网络模块调整至完全水平，并利用真空泵抽出裂隙网络模块中的空气；3)选定裂隙网络模块上一个方向，打开该方向相对两条边连接的夹持式流入/出接口上的开关，并打注射泵向裂隙网络模块中注入渗流水，待渗出水流量稳定后，通过渗出水称重系统采集单位时间内所测裂隙方向渗出水的质量；4)根据所测裂隙方向单位时间内渗出水的质量计算出裂隙网络沿这一裂隙方向的渗透系数；5)将水源换为有色染液，通过渗流可视化系统观测并计算单位时间内有色染液在裂隙网络模块中沿不同裂隙方向的流动距离；6)更换裂隙网络模块的其他方向，重复步骤3)至步骤5)。进一步，所述步骤1)中，裂隙网络玻璃板是在玻璃板上用水刀切割或玻璃刀刻画或物理打击制备得到裂隙网络。有益效果：1、本专利技术首次公开了针对裂隙岩体渗透系数方向性研究的定量测试系统，填补了以往的技术空白。2、本专利技术中的裂隙网络模块很好地解决了渗流试验中水流的渗漏问题；同时裂隙网络模块中的含裂隙网络玻璃板制作方便，成本低廉。3、含裂隙网络玻璃板很好地适应了研究的多样性问题，其中的裂隙生成方法具有多样性，既可以是根据研究需要进行自定义的、可以是根据工程现场的图像提取的、也可以是通过随机的方法自动生成的，相应的裂隙的各项参数也是可以根据研究的需要改变的，比如裂隙的角度、迹长、开度、粗糙度及分布位置等，可以针对不同的试验目的制作相应的含裂隙网络玻璃板即可，试验系统的其余部分均可重复使用，增强了测试系统的适用范围。4、夹持式流入/出接口内设有溢流板，有效提高试验精度；夹持式流入/出接口与裂隙网络模块连接紧密并涂有密封胶，防止渗流试验中水流渗漏。5、利用高精度CCD相机和计算机组成的可视化系统具有拍摄速度快，图像精度高，成像清晰的特点，为试验现象记录及试验过程对比提供了新的技术手段。附图说明图1为裂隙网络渗流各向异性测试及可视化系统结构示意图；图2为裂隙网络模块；图3(a)为可夹持式流入/出接口整体结构示意图，图3(b)为可夹持式流入/出接口内部结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图1所示，岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统包括三维云台1、水源2、注射泵4、裂隙网络模块5、夹持式流入/出接口6、渗出水称重系统7、渗流可视化系统11。如图2所示，裂隙网络模块5包括上下层玻璃板14，16以及位于中间层的含裂隙网络的玻璃板15，上下层玻璃板14，16分别从上下两侧夹紧含裂隙网络的玻璃板15。上下层玻璃板14，16以及含裂隙网络的玻璃板15均为正n边形，n为偶数，含裂隙网络的玻璃板15的边长等于或略大于上下层玻璃板14，16的边长。上层玻璃板14的下表面四周和下层玻璃板16的上表面四周设有密封胶，三层玻璃水平叠放并正对设置，密封胶实现裂隙网络模块的整体防水，即当岩块很致密，时，网络裂隙模型认为岩块本身不透水。本实施例中上下层玻璃板14，16以及含裂隙网络的玻璃板15均为正6边形。裂隙网络模块5水平置于三维云台1上，裂隙网络模块5的每条边上均连接有一个夹持式流入/出接口6，每个夹持式流入/出接口6均包裹住裂隙网络模块5的一侧边，夹持式流入/出接口6与裂隙网络模块5接触的边缘均设有密封胶。当含裂隙网络的玻璃板15的边长略大于上下层玻璃板14，16的边长时，能够更方便的利用夹持式流入/出接口6夹紧含裂隙网络玻璃板15边缘凸出的部分，其能够达到更好的密封效果。裂隙网络模块5的相对两条侧边上，一个夹持式流入/出接口6通过导水管19连接注本文档来自技高网...

【技术保护点】
岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统，其特征在于：包括三维云台(1)、水源(2)、注射泵(4)、裂隙网络模块(5)、夹持式流入/出接口(6)、渗出水称重系统(7)、渗流可视化系统(11)；其中，所述裂隙网络模块(5)包括上下层玻璃板(14，16)以及位于中间层的含裂隙网络的玻璃板(15)，所述上下层玻璃板(14，16)以及含裂隙网络的玻璃板(15)均为正n边形，n为偶数，含裂隙网络的玻璃板(15)的边长大于等于所述上下层玻璃板(14，16)的边长；所述上层玻璃板(14)的下表面四周和下层玻璃板(16)的上表面四周设有密封胶；所述裂隙网络模块(5)水平置于所述三维云台(1)上，所述裂隙网络模块(5)的每条边上均连接有夹持式流入/出接口(6)，每个夹持式流入/出接口(6)均包裹住所述裂隙网络模块(5)的一侧边，所述夹持式流入/出接口(6)与裂隙网络模块(5)接触的边缘均设有密封胶；所述裂隙网络模块(5)的相对两条侧边上，一个夹持式流入/出接口(6)通过导水管(19)连接注射泵(4)后连接水源(2)，另一个夹持式流入/出接口(6)通过导水管(19)连接渗出水称重系统(7)；所述渗流可视化系统(11)设置于所述裂隙网络模块(5)的正上方。...

【技术特征摘要】
1.岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统，其特征在于：包括三维云台(1)、水源(2)、注射泵(4)、裂隙网络模块(5)、夹持式流入/出接口(6)、渗出水称重系统(7)、渗流可视化系统(11)；其中，所述裂隙网络模块(5)包括上下层玻璃板(14，16)以及位于中间层的含裂隙网络的玻璃板(15)，所述上下层玻璃板(14，16)以及含裂隙网络的玻璃板(15)均为正n边形，n为偶数，含裂隙网络的玻璃板(15)的边长大于等于所述上下层玻璃板(14，16)的边长；所述上层玻璃板(14)的下表面四周和下层玻璃板(16)的上表面四周设有密封胶；所述裂隙网络模块(5)水平置于所述三维云台(1)上，所述裂隙网络模块(5)的每条边上均连接有夹持式流入/出接口(6)，每个夹持式流入/出接口(6)均包裹住所述裂隙网络模块(5)的一侧边，所述夹持式流入/出接口(6)与裂隙网络模块(5)接触的边缘均设有密封胶；所述裂隙网络模块(5)的相对两条侧边上，一个夹持式流入/出接口(6)通过导水管(19)连接注射泵(4)后连接水源(2)，另一个夹持式流入/出接口(6)通过导水管(19)连接渗出水称重系统(7)；所述渗流可视化系统(11)设置于所述裂隙网络模块(5)的正上方。2.根据权利要求1所述的岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统，其特征在于：所述夹持式流入/出接口(6)内设有正对导水管(19)连接口的溢流板(18)。3.根据权利要求1所述的岩体裂隙网络渗透系数方向性测试及可视化系统，其特征在于：所述渗出水称重系统(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔚立元，靖洪文，李光雷，刘日成，谢凯，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32