本实用新型专利技术提供了一种可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，包括可视化三轴仪以及渗流粒子示踪测速单元；可视化三轴仪包括：透明岩石试件，其整体为圆柱形，样品固定单元，将透明岩石试件固定在其内部，且从外部能够透过样品固定单元看到透明岩石试件；加压单元，包括轴向加压模块和围压加压模块，分别用于向透明岩石试件施加轴向的压力和围压；渗流单元，用于向透明岩石试件的顶部注入渗流液并从透明岩石试件的底部收回渗流液，渗流液内添加有示踪粒子。本实用新型专利技术在透明岩石的基础上通过粒子成像技术相结合的方式，实时监测岩石渗流路径及裂隙开度并精确得出渗流流量，以此来计算岩样的渗透率。计算岩样的渗透率。计算岩样的渗透率。
【技术实现步骤摘要】
一种可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置
[0001]本技术属于本技术涉及岩石渗流路径示踪检测领域，特别是涉及一种基于透明岩石模型的可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置。
技术介绍
[0002]在工程地质中，由于岩体中空隙的存在赋予了地下水在岩体中的储存场所及运移通道，其中岩体裂隙的分布情况、大小、连通性等对岩体的渗透性有重要影响。而随着外界应力场的变化，岩体中赋存的裂隙也会随之扩展，反过来影响到岩体的渗透和力学特性，在应力
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渗流耦合作用下促使岩体更快破坏。因此，研究岩体在三轴应力作用下的渗流特性对隧道、采矿、油气田等工程意义重大。目前，国内外最普遍的岩石三轴渗流试验之一是用标准圆柱体岩样进行围压可调的三轴渗流试验，该试验方法虽然操作简单但存在以下缺陷：(1)传统的岩石三轴渗流试验由于试验器械限制且岩样不透光，无法直观了解渗流路径也无法观察到岩石受力破坏过程中内部裂隙的产生；(2)得出的渗流流量数据较为粗糙，无论是通过人工测量或使用流量计，最终结果均存在较大误差；(3)渗透率的计算复杂且其中很多误差无法规避。有鉴于此，本技术提出了一种岩石三轴渗流试验下的粒子示踪测速渗流试验装置。
技术实现思路
[0003]基于上述现有技术中的不足，本技术提供了一种可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，本技术在透明岩石的基础上通过粒子成像技术相结合的方式，实时监测岩石渗流路径及裂隙开度并精确得出渗流流量，以此来计算岩样的渗透率。
[0004]实现本技术上述目的所采用的技术方案为：
[0005]一种可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，至少包括可视化三轴仪，所述可视化三轴仪上连接有渗流粒子示踪测速单元；所述可视化三轴仪包括：
[0006]透明岩石试件，其整体为圆柱形，
[0007]样品固定单元，将透明岩石试件固定在其内部，且从外部能够透过样品固定单元看到透明岩石试件；
[0008]加压单元，包括轴向加压模块和围压加压模块，分别用于向透明岩石试件施加轴向的压力和围压；
[0009]渗流单元，用于向透明岩石试件的顶部注入渗流液并从透明岩石试件的底部收回渗流液，渗流液内添加有示踪粒子；
[0010]所述渗流粒子示踪测速单元包括数字图像处理平台以及脉冲激光发射器、片光源镜头和高速摄像传感器，其中片光源镜头和高速摄像传感器分别位于样品固定单元的左右两侧且正对透明岩石试件，脉冲激光发射器位于片光源镜头的正后方，数字图像处理平台通过通讯线缆与脉冲激光发射器和高速摄像传感器连接。
[0011]透明岩石试件的上方和下方均设置有圆形的透水石，所述透明岩石试件选用树脂
为基本材料，再加入提纯后的天然硅石、氟化锆，并混入云母片来模拟岩石内部结构，最后在树脂固化过程中用棉线预制所需角度的贯穿缝。
[0012]所述样品固定单元包括树脂透明压力缸、缸筒盖和底座，缸筒盖和底座分别位于树脂透明压力缸的顶部和底部，且两者之间通过螺栓连接固定，所述底座的中部设置有凸起的圆台，透明岩石试件位于圆台上并与圆台固定；缸筒盖的中部设置有圆形的通孔，轴向加压模块由通孔穿入并压在透明岩石试件的顶部。
[0013]所述的树脂透明压力缸的顶部和底部均通过橡胶圈连接有法兰盘，树脂透明压力缸通过法兰盘与缸筒盖和底座密封连接；树脂透明压力缸为帕姆特种透明材料，抗压范围0～20MPa。
[0014]所述轴向加压模块包括相连接的上压头和下压头，以及提供轴向压力的压机，上压头与压机相连接，上压头穿过缸筒盖中的通孔进入树脂透明压力缸的内部，且两者的接触面上设置有橡胶密封圈；下压头压合在透明岩石试件的顶部，所述下压头、透明岩石试件和圆台的外部共同密封包裹有透明橡胶套。
[0015]围压加压模块包括围压油液流入通道、围压油液流出通道、围压腔以及围压油泵站，所述围压腔位于树脂透明压力缸的内部且环绕在透明岩石试件的四周，围压油液流入通道位于底座的内部且与围压腔连通，围压油液流出通道位于缸筒盖的内部且与围压腔连通，围压油泵站通过围压油管与围压油液流入通道和围压油液流出通道连接。
[0016]渗流单元包括渗流液流入管道、渗流液流出管道以及渗流液泵站，所述渗流液流入管道位于上压头和下压头的内部且通向透明岩石试件的顶部，渗流液流出管道位于底座的内部且通向透明岩石试件的底部，渗流液泵站通过渗流液管与渗流液流入管道和渗流液流出管道连接。
[0017]还设置有固定框架，固定框架的顶部与压机连接固定，固定框架的底部与底座连接固定；片光源镜头安装于固定框架的中部。
[0018]与现有技术相比，本技术提供的可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置具有以下优点：1、本技术中采用可视化三轴仪，试验过程全程可视，实现了岩石渗流过程的实时观测，反映了渗流的真实情况，丰富了三轴渗流试验的可视化程度。2、本技术中在可视化三轴仪的基础上充分结合粒子成像测速系统的优势，二者互补，使输出结果更加趋于真实状态。3、本申请中的可视化三轴仪中，加压单元、渗流单元和样品固定单元均采取特殊构造的机械结构，各单元之间相互独立，因此实现了高精度、无干扰测量渗流流速，克服了传统渗流试验误差大的问题。同时还可进一步实现自动化的渗透率计算过程，极大的提高了试验效率和准确性。4、本技术中所采用的渗流粒子示踪测速单元，能够实现渗流过程的瞬态测量，改变了空间单节点测量的局限性。5、本技术提供的可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，系统可靠性高，操作简单，稳定性好，可准确测试不同围压条件下，岩石的渗流特性。
附图说明
[0019]图1是本技术的透明岩石试件示意图。
[0020]图2是本技术的可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置的整体结构示意图。
[0021]图3是本技术的样品固定单元结构爆炸图。
[0022]图4是可视化三轴仪的主体结构示意图。
[0023]图5是图4的剖面图。
[0024]图6是本技术的透明岩石试件组装示意图。
[0025]图7是本技术的上压头剖面图。
[0026]图8是本技术的底座剖面图。
[0027]其中：1—固定框架，2—上压头，3—橡胶密封圈，5—螺栓，6—片光源镜头，7—脉冲激光发射器，8—通讯线缆，10—圆台，11—底座，12—数字图像处理平台，13—三脚架，14—高速摄像传感器，17—树脂透明压力缸，18—缸筒盖，22—示踪粒子，24—围压油液流出通道，25—渗流液流入管道，27—透水石，28—橡胶圈，29—围压油液流入通道，30—渗流液流出管道，31—透明橡胶套，32—透明岩石试件，33—下压头，34—法兰盘。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本技术做详细具体的说明，但是本技术的保护范围并不局限于以下实施例。
[0029]本实施例提供的可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，其整体结构如图2所示，由于篇幅限制，在图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，至少包括可视化三轴仪，其特征在于：所述可视化三轴仪上连接有渗流粒子示踪测速单元；所述可视化三轴仪包括：透明岩石试件，其整体为圆柱形，样品固定单元，将透明岩石试件固定在其内部，且从外部能够透过样品固定单元看到透明岩石试件；加压单元，包括轴向加压模块和围压加压模块，分别用于向透明岩石试件施加轴向的压力和围压；渗流单元，用于向透明岩石试件的顶部注入渗流液并从透明岩石试件的底部收回渗流液，渗流液内添加有示踪粒子；所述渗流粒子示踪测速单元包括数字图像处理平台以及脉冲激光发射器、片光源镜头和高速摄像传感器，其中片光源镜头和高速摄像传感器分别位于样品固定单元的左右两侧且正对透明岩石试件，脉冲激光发射器位于片光源镜头的正后方，数字图像处理平台通过通讯线缆与脉冲激光发射器和高速摄像传感器连接。2.根据权利要求1所述的可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，其特征在于：透明岩石试件的上方和下方均设置有圆形的透水石，所述透明岩石试件选用树脂为基本材料，再加入提纯后的天然硅石、氟化锆，并混入云母片来模拟岩石内部结构，最后在树脂固化过程中用棉线预制所需角度的贯穿缝。3.根据权利要求1所述的可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，其特征在于：所述样品固定单元包括树脂透明压力缸、缸筒盖和底座，缸筒盖和底座分别位于树脂透明压力缸的顶部和底部，且两者之间通过螺栓连接固定，所述底座的中部设置有凸起的圆台，透明岩石试件位于圆台上并与圆台固定；缸筒盖的中部设置有圆形的通孔，轴向加压模块由通孔穿入并压在透明岩石试件的顶部。4.根据权利要求3所述的可视化三轴岩石渗流粒子示踪测速试验装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：亓宪寅，耿殿栋，付鹏，王胜伟，柯婷，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：新型
国别省市：
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