一种裂隙过流装置及裂隙渗流可视化试验系统

技术领域

本发明涉及裂隙岩体渗流技术领域，尤其涉及一种裂隙过流装置及裂隙渗流可视化实验系统。

背景技术

在高坝/高水头水电工程建设运行、动水驱动型滑坡预测预报、二氧化碳地质封存、基岩裂隙含水层污染修复等诸多工业生产和科学研究中，均普遍涉及到高渗压条件下的岩石裂隙渗流特性。有别于岩石裂隙常规渗流过程，在高渗压条件下，岩石裂隙的渗流流态将更为复杂多变，且存在着显著的水力耦合特征，从而使得岩石裂隙渗流特征难以准确表征。由于同时考虑复杂流态和水力耦合的裂隙渗流模拟技术有待探索，现有的高渗压岩石裂隙渗流研究往往借助于试验手段，并通过透明复制裂隙来观测其内部流动特征。然而，常规岩石裂隙渗流试验采用渗压较小，仅采用封水胶进行封水，难以确保高渗压条件下的封水效果，从而极大限制了高渗压条件下岩石裂隙渗流试验的开展。

申请号为201710112833.0的发明专利公开了一种基于岩石节理透明复制品的溶质迁移过程光学测量装置，其裂隙样品与进出口槽，即设置于裂隙样品两侧的用于进液和排液的连接块，采用封水胶的方式连接，存在高渗压下封水胶止水效果差甚至封水失效、无法实现试验样品可拆卸及更换的问题。

发明内容

本发明旨在解决因裂隙样品与连接块采用封水胶连接，导致裂隙样品与连接块之间的密封效果差且裂隙样品拆卸更换不方便的技术问题。

本发明提供一种裂隙过流装置，包括：固定框、侧板、第一密封胶片、第一连接块、第二连接块、第二密封胶片、底板、盖板、第一透明夹板、第二透明夹板和裂隙样品；

所述固定框为上下开口的中空结构；所述固定框的侧壁上分别设置有第二紧固螺栓和第三紧固螺栓；所述侧板分别设置在所述裂隙样品的前后两侧；所述第一密封胶片设置在所述裂隙样品与所述侧板之间，用于密封所述裂隙样品的前后两侧；所述第三紧固螺栓、所述固定框和所述侧板配合，用于将所述第一密封胶片固定在所述裂隙样品的前后两侧；

所述第一连接块上设置有第一凹槽以及分别与所述第一凹槽连通的进液孔和第一排气孔；所述第一排气孔位于所述第一连接块的顶部；所述第二连接块上设置有第二凹槽和与所述第二凹槽连通的排液孔和第二排气孔；所述第二排气孔位于所述第二连接块的顶部；所述第一连接块和所述第二连接块分别设置在所述裂隙样品的左右两侧，使得所述第一凹槽和所述第二凹槽分别与所述裂隙样品的裂隙连通；所述第一连接块和所述第二连接块与所述裂隙样品之间分别设置有第二密封胶片；所述第二紧固螺栓和所述固定框配合，用于将所述第一连接块和所述第二连接块分别固定在所述裂隙样品的左右两侧，使得所述第一连接块和所述第二连接块分别与所述裂隙样品的左右两侧密封连接；

所述底板和所述盖板上分别设置有第一通孔和第二通孔；所述第一通孔和所述第二通孔的尺寸均大于所述裂隙样品的横截面的尺寸；所述第一透明夹板设置在所述底板上，且位于所述第一通孔的上方；所述第二透明夹板设置在所述盖板上，且位于所述第二通孔的上方；所述底板和所述盖板之间设置有第一紧固螺栓，用于调节所述底板和所述盖板之间的距离，使得所述第一透明夹板和所述第二透明夹板能够分别与所述裂隙样品的上下两侧贴合；所述底板、所述盖板、所述第一透明夹板、所述第二透明夹板和所述第一紧固螺栓配合，用于限制所述裂隙的开度。

在一些优选地实施例中，所述第一透明夹板可拆卸地安装在所述底板上；所述第二透明夹板可拆卸地安装在所述盖板上。

在一些更加优选地实施例中，所述裂隙过流装置还包括支架、XYZ三轴直线滑台、真空吸附机构和控制器；所述真空吸附机构与所述XYZ三轴直线滑台配合，用于调节所述裂隙的开度；所述真空吸附机构包括吸盘、连接管、真空软管和真空泵；所述支架设置在所述底板上；所述XYZ三轴直线滑台设置在所述支架上，用于驱动所述吸盘在所述裂隙样品的上方移动；所述连接管设置在所述XYZ三轴直线滑台上；所述吸盘固定在所述连接管的一端，并与所述连接管连通；所述连接管的另一端通过所述真空软管与所述真空泵连通；所述吸盘、所述连接管、所述真空软管和所述真空泵配合，用于吸附所述裂隙样品的上盘；所述控制器分别与所述XYZ三轴直线滑台和所述真空泵电性连接。

在一些优选地实施例中，所述底板的底部设置有支腿，用于支撑所述裂隙过流装置。

在一些优选地实施例中，所述第一透明盖板和所述第二透明盖板的材质为亚克力。

在一些优选地实施例中，所述侧板的材质为亚克力。

本发明还提出一种裂隙渗流可视化实验系统，包括上述的裂隙过流装置。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明通过在所述裂隙样品的前后两侧分别设置所述第一密封胶片和所述侧板，在所述裂隙样品的左右两侧分别设置所述第一连接块和所述第二连接块，并在所述第一连接块和所述第二连接块与所述裂隙样品之间分别设置所述第二密封胶片，通过所述第二紧固螺栓、所述第三紧固螺栓和所述固定框配合将所述第一密封胶片和所述侧板固定在所述裂隙样品的前后两侧，使得所述第一连接块和所述第二连接块分别与所述裂隙样片的左右两侧分别密封连接；同时通过所述底板、所述盖板、所述第一透明夹板、所述第二透明夹板和所述第一紧固螺栓配合限制所述裂隙的开度；使得所述第一连接块和所述第二连接块分别与所述裂隙样品可拆卸连接，方便更换所述裂隙样品，且密封效果好。

附图说明

图1为本发明某一实施例中裂隙过流装置的立体结构示意图；

图2为图1中裂隙过流装置的电路连接示意图；

图3为图1裂隙过流装置中裂隙样品夹持机构2的立体结构示意图；

图4为图3中裂隙样品夹持机构2的俯视图；

图5为图4裂隙样品夹持机构2中A-A方向的剖面结构示意图；

图6为图4裂隙样品夹持机构2中B-B方向的剖面结构示意图；

图7为图5裂隙样品夹持机构2中第一连接块28的立体结构示意图；

图8为图5裂隙样品夹持机构2中第二密封胶片210的立体结构示意图；

图9为图5裂隙样品夹持机构2中第二连接块27的立体结构示意图；

其中，1、支腿；2、裂隙样品夹持机构；21、底板；2101、第一通孔；22、第一透明夹板；23、第二透明夹板；24、盖板；2401、第二通孔；25、第一紧固螺栓；26、固定框；27、第二连接块；2701、排液孔；2702、第二排气孔；2703、第二凹槽；28、第一连接块；2801、进液孔；2802、第一排气孔；2803、第一凹槽；29、第二紧固螺栓；210、第二密封胶片；211、第三紧固螺栓；212、侧板；213、第一密封胶片；3、支架；4、XYZ三轴直线滑台；5、连接管；6、吸盘；7、控制器；8、真空泵；9、裂隙样品；901、上盘；902、下盘；903、裂隙。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参考图3至图6和图8，本发明的实施例提供了一种裂隙过流装置，包括裂隙样品夹持机构2；所述裂隙样品夹持机构2包括：固定框26、侧板212、第一密封胶片213、第一连接块28、第二连接块27、第二密封胶片210、底板21、盖板24、第一透明夹板22、第二透明夹板23和裂隙样品9；裂隙样品9包括上盘901和下盘902上下两块；上盘901和下盘902之间的连接处形成裂隙903；裂隙903之间间距的大小即为裂隙903的开度。

固定框26为上下开口的中空结构；固定框26的横截面呈矩形；固定框26的侧壁上分别设置有第二紧固螺栓29和第三紧固螺栓211；第二紧固螺栓29相对设置在固定框26的左右侧壁上，分别用于与第一连接块28和第二连接块27抵接；第三紧固螺栓211相对设置在固定框26的前后侧壁上，分别用于与侧板212抵接；侧板212分别设置在裂隙样品9的前后两侧；第一密封胶片213设置在裂隙样品9与侧板212之间，用于密封裂隙样品9的前后两侧；第三紧固螺栓211、固定框26和侧板212配合，将裂隙样品9夹持在固定框26内，使得第一密封胶片213固定在裂隙样品9的前后两侧，实现对裂隙样品9前后两侧的密封。

第一连接块28上设置有第一凹槽2803以及分别与第一凹槽2803连通的进液孔2801和第一排气孔2802；第一排气孔2802位于第一连接块28的顶部；进液孔2801的数量为三个；三个进液孔2801位于第一连接块28的底部；第二连接块27上设置有第二凹槽2703和与第二凹槽2703连通的排液孔2701和第二排气孔2702；第二排气孔2702位于第二连接块的顶部；排液孔2701的数量为三个；三个排液孔2701位于第二连接块27的底部；第一排气孔2802和第二排气孔2702分别用于排出第一凹槽2803和第二凹槽2703中的空气，还用于连接压差计(图中未示出)；第一连接块28和第二连接块27分别设置在裂隙样品9的左右两侧，使得第一凹槽2803和第二凹槽2703分别与裂隙样品9的裂隙903连通；第一连接块28和第二连接块27与裂隙样品9之间分别设置有第二密封胶片210；第二密封胶片210呈环状；第二紧固螺栓29和固定框26配合，用于将第一连接块28和第二连接块27分别固定在裂隙样品9的左右两侧，使得第一连接块28和第二连接块27分别与裂隙样品9的左右两侧密封连接。

底板21和盖板24上分别设置有第一通孔2101和第二通孔2401；第一通孔2101和第二通孔2401的尺寸均大于裂隙样品9的横截面的尺寸；裂隙样品9位于第一通孔2101的正上方，并位于第二通孔2401的正下方，使得裂隙渗流可视化试验系统中的CCD相机能够通过第二通孔2401拍摄到裂隙样品9；第一透明夹板22设置在底板21上，且位于第一通孔2101的上方；第二透明夹板23设置在盖板24上，且位于第二通孔2401的上方；底板21和盖板24之间设置有第一紧固螺栓25，用于调节底板21和盖板24之间的距离，使得第一透明夹板22和第二透明夹板23能够分别与裂隙样品9的上下两侧贴合；底板21、盖板24、第一透明夹板22、第二透明夹板23和第一紧固螺栓25配合，用于限制裂隙903的开度；当高渗透压液体通过第一连接块28进入裂隙903时，不能改变裂隙903的开度。

具体地，为了方便拆卸第一透明夹板22和第二透明夹板23，第一透明夹板22通过螺钉可拆卸地安装在底板21上，第二透明夹板23通过螺钉可拆卸地安装在盖板24上。

参考图1和图2，为了调节裂隙903的开度，所述裂隙过流装置还包括支架3、XYZ三轴直线滑台4、真空吸附机构和控制器7；所述真空吸附机构与XYZ三轴直线滑台4配合，用于调节裂隙903的开度；所述真空吸附机构包括吸盘6、连接管5、真空软管(图中未示出)和真空泵8；支架3设置在底板21上；XYZ三轴直线滑台4设置在支架3上，用于驱动吸盘6在裂隙样品9的上方移动；连接管5设置在XYZ三轴直线滑台4上；吸盘6固定在连接管5的一端，并与连接管5连通；连接管5的另一端通过所述真空软管与真空泵8连通；吸盘6、连接管5、所述真空软管和真空泵8配合，用于吸附裂隙样品9的上盘901；控制器7分别与XYZ三轴直线滑台4和真空泵8电性连接；使用时，调整好裂隙样品9在固定框26内的位置后；通过控制器7控制XYZ三轴直线滑台4将吸盘6移动至于裂隙样品9的上盘901抵接，并控制真空泵8工作，使得吸盘6与上盘901吸附，然后控制XYZ三轴直线滑台4驱动吸盘6上移调节裂隙903的开度；再通过第二紧固螺栓29将第一连接块28和第二连接块27以及第二密封胶片210挤紧在裂隙样品9的左右两侧，通过第三紧固螺栓211将侧板212和第一密封胶片213挤紧在裂隙样品9的前后两侧，实现对裂隙样品9的侧壁的夹持与密封；接下来，通过控制器7控制真空泵8关闭，并控制XYZ三轴直线滑台4将吸盘6移动至裂隙样品9的外侧；最后，将第一透明夹板22安装在盖板24上，并通过第一紧固螺栓25调节底板21和盖板24之间的距离，使得第一透明夹板22和第二透明夹板23分别与裂隙样品9的上下两侧贴合，防止裂隙903的开度因高渗透压液体的作用而改变。

需要说明的是，XYZ三轴直线滑台4为现有技术，故不在此赘述其具体结构。

具体地，底板21的底部设置有支腿1，用于支撑所述裂隙过流装置；第一透明盖板24和第二透明盖板24的材质为亚克力；侧板212的材质为亚克力。

具体地，参考图7和图9，第一连接块28上设置有三个进液孔2801和一个第一排气孔2802；进液孔2801位于第一连接块28的底部；第一排气孔2802位于第一连接块28的顶部；第二连接块27上设置有三个排液孔2701和一个第二排气孔2702，三个排液孔2701均位于第二连接块27的底部；第二排气孔2702位于第二连接块27的顶部；使用时，将所述裂隙渗流可视化试验系统中的进液管与第一连接块28的进液孔2801连通；将所述裂隙渗流可视化试验系统中的排液管与第二连接块27上的排液孔2701连通；当第一凹槽2803和第二凹槽2703内充满液体时，使用所述压差计分别连通第一排气孔2802和第二排气孔2702。

本发明还提出一种裂隙渗流可视化实验系统，包括上述的裂隙过流装置。

本实施例中的裂隙过流装置的安装及使用方法如下：

将固定框26放置在底板21上，将裂隙样品9放置在第一透明夹板22上，使得裂隙样品9位于固定框26内，并依次放置好第一密封胶片213、侧板212、第一连接块28、第二连接块27和第二密封胶片210，然后将盖板24通过第一紧固螺栓25与底板21连接，使得盖板24位于固定框26的上方(此时，未将第二透明夹板23安装在盖板24上)；调整好裂隙样品9在固定框26内的位置后；通过控制器7控制XYZ三轴直线滑台4将吸盘6移动至于裂隙样品9的上盘901抵接，并控制真空泵8工作，使得吸盘6与上盘901吸附，然后控制XYZ三轴直线滑台4驱动吸盘6上移调节裂隙903的开度；再通过第二紧固螺栓29将第一连接块28和第二连接块27以及第二密封胶片210挤紧在裂隙样品9的左右两侧，通过第三紧固螺栓211将侧板212和第一密封胶片213挤紧在裂隙样品9的前后两侧，实现对裂隙样品9的侧壁的夹持与密封；接下来，通过控制器7控制真空泵8关闭，并控制XYZ三轴直线滑台4将吸盘6移动至裂隙样品9的外侧；最后，将第一透明夹板22安装在盖板24上，并通过第一紧固螺栓25调节底板21和盖板24之间的距离，使得第一透明夹板22和第二透明夹板23分别与裂隙样品9的上下两侧贴合，防止裂隙903的开度因高渗透压液体的作用而改变

使用时，将所述裂隙渗流可视化试验系统中的进液管与第一连接块28的进液孔2801连通；将所述裂隙渗流可视化试验系统中的排液管与第二连接块27上的排液孔2701连通；当第一凹槽2803和第二凹槽2703内充满液体时，将所述压差计分别与第一排气孔2802和第二排气孔2702连通；接下来，即可进行所述裂隙渗流的可视化试验。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。