一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统技术方案

本实用新型专利技术涉及岩土工程渗流试验技术领域，尤其涉及一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，包括3D打印模块、试验箱体模块和监测模块；试验箱体模块包括水箱单元和照明单元；水箱单元包括用于存储水的水箱以及用于夹取所述试样颗粒的夹取装置；监测模块包括CCD相机和分析单元。本实用新型专利技术利用基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统可以实现复杂内部孔隙颗粒的实体化以及落水过程复现，有助于对钙质砂颗粒的拖曳力与运动相关机理的研究，克服了实际工程研究中无法捕捉复杂颗粒内部孔隙结构的缺陷；同时通过所述监测模块，可观测不同形状、不同角度、不同高度释放的试样颗粒的落水空腔以及落水全过程的速度监测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统


[0001]本技术涉及岩土工程渗流试验
，尤其涉及一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统。

技术介绍

[0002]钙质砂作为一种特殊的岩土工程介质，广泛分布于全球北纬30
°
与南纬30
°
之间的区域，尤其是热带浅海海域。长期的生物、物理和化学作用造就了钙质砂颗粒复杂的内部孔隙形态。工程上，对钙质砂形态特征以及力学行为的研究在现阶段已经成为一个热点，但因其形态结构复杂且内孔丰富，精确表征钙质砂的颗粒形态以及力学行为试验与模拟存在一定困难。当固体物体撞击水面时，它可能会产生一个空气腔，其形状会影响物体的运动轨迹，随后在水中的运动过程能够反映内部孔隙对颗粒所受拖曳力的影响，为后续试验研究提供基础，更加贴切于工程实际。
[0003]目前，针对内部孔隙的钙质砂颗粒的试验装置方面已有不少技术成果，如：专利号CN201711285841.1描述了一种咸淡水界面形态变化规律的试验装置及其方法；专利号CN201711285834.1描述了一种研究细粒运移对钙质砂渗透性影响的试验装置及其方法；专利号CN201810498194.0描述了一种研究颗粒贯通内孔隙渗透性的试验装置及其方法；专利号CN202210331356.8描述了一种饱和钙质砂固结破碎动态监测装置及其使用方法。然而目前已有的技术主要是以简化的钙质砂颗粒研究渗透性，尚未考虑到复杂的钙质砂内部孔隙形态的影响，缺乏相关的试验装置及试验方法。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，旨在解决现有技术尚未考虑复杂的钙质砂内部孔隙形状的影响，缺乏相关的试验系统的问题。
[0006]本技术的技术方案如下：
[0007]一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，包括：
[0008]3D打印模块，用于根据颗粒内部孔隙信息生成三维模型并打印试样颗粒；
[0009]试验箱体模块，包括水箱单元和照明单元；所述水箱单元包括用于存储水的水箱以及用于夹取所述试样颗粒的夹取装置；所述夹取装置设置于所述水箱的开口端；所述照明单元用于为所述水箱单元提供光线；
[0010]监测模块，包括CCD相机和分析单元；所述CCD相机用于捕捉所述试样颗粒落入所述水箱的动态过程图像；所述分析单元用于根据所述动态过程图像分析试验信息。
[0011]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述3D打印模块包括CT扫描装置和3D打印装置；所述CT扫描装置用于对选定土样进行三维扫描，获得颗粒内部孔隙信息；所述3D打印装置用于根据所述颗粒内部孔隙信息生成STL格式的三维模型，并
打印试样颗粒。
[0012]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述水箱单元还包括将所述水箱和所述夹取装置容纳在内的箱体；所述箱体包括透明底板、沿所述透明底板边缘设置的透明侧板以及设置于所述透明侧板背离所述透明底板一端的防尘板。
[0013]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述水箱单元还包括用于对所述试样颗粒进行定位的定位环；所述定位环通过固定杆与所述透明侧板连接。
[0014]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述水箱设置有进水口和排水口；所述进水口靠近所述水箱的开口端设置；所述排水口远离所述水箱的开口端设置。
[0015]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述夹取装置为镊子，所述镊子的夹取端为弯钩状。
[0016]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述照明单元包括背光灯和两个LED灯；两个所述LED灯分别对称设置在所述水箱两侧，所述背光灯设置在所述水箱剩余两侧的其中一侧。
[0017]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述CCD相机与所述背光灯对称设置在所述水箱的两侧。
[0018]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述监测模块还包括计算机；所述计算机用于存储所述分析单元。
[0019]所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其中，所述水箱的侧壁上设置有纵向的高度标记。
[0020]有益效果：本技术提供一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，包括3D打印模块、试验箱体模块和监测模块；所述3D打印模块用于根据颗粒内部孔隙信息生成三维模型并打印试样颗粒；所述试验箱体模块包括水箱单元和照明单元；所述水箱单元包括用于存储水的水箱以及用于夹取所述试样颗粒的夹取装置；所述夹取装置设置于所述水箱的开口端；所述照明单元用于为所述水箱单元提供光线；所述监测模块包括CCD相机和分析单元；所述CCD相机用于捕捉所述试样颗粒落入所述水箱的动态过程图像；所述分析单元用于根据所述动态过程图像分析试验信息。本技术利用基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统可以实现复杂内部孔隙颗粒的实体化以及落水过程复现，有助于对钙质砂颗粒的拖曳力与运动相关机理的研究，克服了实际工程研究中无法捕捉复杂颗粒内部孔隙结构的缺陷；同时通过所述监测模块，可观测不同形状、不同角度、不同高度释放的试样颗粒的落水空腔以及落水全过程的速度监测。
附图说明
[0021]图1为本技术一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统的结构示意图；
[0022]图2为本技术所述基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统的实现流程示意图；
[0023]附图标记说明：试验箱体模块10、水箱单元11、水箱111、进水口1111、排水口1112、夹取装置112、箱体113、定位环114、照明单元12、背光灯121、LED灯122、监测模块20、CCD相
机21、计算机22。
具体实施方式
[0024]本技术提供一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，为使本技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0025]在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
[0026]应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其特征在于，包括：3D打印模块，用于根据颗粒内部孔隙信息生成三维模型并打印试样颗粒；试验箱体模块，包括水箱单元和照明单元；所述水箱单元包括用于存储水的水箱以及用于夹取所述试样颗粒的夹取装置；所述夹取装置设置于所述水箱的开口端；所述照明单元用于为所述水箱单元提供光线；监测模块，包括CCD相机和分析单元；所述CCD相机用于捕捉所述试样颗粒落入所述水箱的动态过程图像；所述分析单元用于根据所述动态过程图像分析试验信息。2.根据权利要求1所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其特征在于，所述3D打印模块包括CT扫描装置和3D打印装置；所述CT扫描装置用于对选定土样进行三维扫描，获得颗粒内部孔隙信息；所述3D打印装置用于根据所述颗粒内部孔隙信息生成STL格式的三维模型，并打印试样颗粒。3.根据权利要求1所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印颗粒落水试验系统，其特征在于，所述水箱单元还包括将所述水箱和所述夹取装置容纳在内的箱体；所述箱体包括透明底板、沿所述透明底板边缘设置的透明侧板以及设置于所述透明侧板背离所述透明底板一端的防尘板。4.根据权利要求3所述的基于颗粒内部孔隙的3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志民，熊昊，金银富，洪成雨，王翔，孙晓辉，陈湘生，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：