基于岩石节理透明复制品的溶质迁移过程光学测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术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，其特征在于：包括透明节理过流装置、光学监测系统、水流控制及测量系统和数据采集分析系统；所述透明节理过流装置上放置有待试验检测的透明岩石节理复制品，透明节理过流装置通过水流控制及测量系统提供稳定精确流量的水流；所述数据采集分析系统与光学监测系统和水流控制及测量系统相连，数据采集分析系统用于采集水流控制及测量系统的流速数据以及光学监测系统对透明岩石节理复制品拍摄数据。该测量装置可完成不同空间形态特征的节理在不同流速下的溶质迁移过程。试验过程操作简单，装置成本低，可重复性强，并可直观显示结果，可靠性强。

Optical measurement device for solute transfer process based on transparent replica of rock joint

The present invention discloses the process of optical measuring device based on a transparent migration rock replica of the solute, characterized in that it comprises a transparent joint flow device, optical monitoring system, flow control and measurement system and data acquisition and analysis system; transparent rock replica of the transparent joint flow device is placed on the need to test the transparent joints over current devices provide a stable water flow through accurate flow control and measurement system; the data acquisition and analysis system and optical monitoring system and flow control and measurement system is a data collecting system for analysis of flow velocity data acquisition control and measurement system and optical monitoring system of transparent rock replica shooting data. The measurement device can perform the solute transport process at different flow rates of joints with different spatial characteristics. The testing process is simple, the device cost is low, the repeatability is strong, and the results can be visually displayed, and the reliability is strong.

【技术实现步骤摘要】
基于岩石节理透明复制品的溶质迁移过程光学测量装置
本专利技术属于岩石渗流与溶质迁移
，特别涉及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。
技术介绍
近年来，随着我国对环境污染问题的日趋重视，如地下水污染物迁移、核废料处置库的安全及页岩气等新能源的计划开发，使得岩石节理溶质迁移机理相关理论和实验技术成为一个新的研究方向。与岩石节理溶质迁移相关的试验主要分为野外大尺度的迁移试验以及室内小尺度的单节理试验。国内的溶质迁移试验主要集中于浅层地表，迁移介质主要是土壤。研究问题包括污染物随地下水迁移的测定，土壤有机元素的流失等。该类技术或研究应用于工程领域较少，主要受到技术上和实验场地的限制。野外现场试验投入大，操作困难，迁移试验得到的数值波动性大，针对性强但代表性差，同时试验对测量仪器、示踪剂和量测区域有较高要求。因此国内外学者在开展野外现场试验的同时，也进行了大量的室内单节理的溶质迁移试验。虽然单节理溶质迁移试验所得到的结果往往只能作为现场地层性质的参考，但在对节理中溶质传输微观过程和机制的揭示方面，室内试验有其不可替代的作用。由于岩石节理的封闭性，其节理开度和溶质随水流迁移发生浓度变化规律的直接测量成为研究裂隙溶质迁移过程的关键技术难题。国内外许多学者进行的节理溶质迁移实验，往往只能控制水流进出口的边界条件，并在出口处得到可测的实验数据。随着岩石节理水流与溶质迁移机理研究的不断深入，研究者逐渐将注意力关注于水流及迁移参数（如溶质弥散系数）同节理面粗糙程度和节理开度之间的关系，单独研究节理出口水流浓度变化已无法满足研究的需求。目前国内尚未具备可以兼顾测量迁移过程的节理隙宽及监测溶质浓度变化全过程的装置及实验方法。传统的封闭系统测量往往难以提供使人信服的试验数据。已有的节理溶质迁移流程的测量方法为通过植入传感器的方式记录节理中不同位置的浓度变化，该方法会破坏裂隙结构，测量精确性低，成本高还不直观。低成本、针对同一对象可重复试验以及对试验过程全程观测的装置和方法是研究者目前所需要的。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有技术中无法观测裂隙内部流态及溶质迁移过程的问题，提出一种适用于透明高仿粗糙岩石节理的开度测量及水流溶质迁移过程观察与监测的装置，并给出了该装置的试验方法。该专利技术主要包含以下几个内容：一、已有的研究成果表明，岩石节理内的水流和溶质迁移过程主要受节理面形貌和节理空间形态影响。所以，针对岩石节理内水流和溶质迁移过程观察和测量困难的问题，本专利技术采用硅橡胶和透明水晶硬胶的翻模复制技术，复制粗糙岩石节理面样品，重构出岩石节理的基本构造和表面形貌特征。该复制方法具有很高的复制精度，保证复制节理与原节理的相似性；同时，本专利技术选择的高透水晶硬胶结合有色溶质的使用可以呈现水流状态以及溶质迁移的全过程。二、针对复制出的高透节理，本专利技术提供了一套完整的过流装置。该装置主要为节理过流提供平稳的边界条件（包括进流、出流和封水）以及固定上下节理面的相对位置，同时满足一定的测量需求（进水口测水压）。该装置的设计充分考虑了进出水边界的稳定性：在进水口均匀布置足够多的进水口和一个水槽，模拟水头边界条件；在出水口，布置了通气孔，使流体在节理末端排出顺畅，模拟自由出流状态。三、针对上文所提到高透复制节理和过流装置，本专利技术设计了一套相应的控制和测量系统。主要包括水流系统、光学系统和控制分析系统。该系统提供了一套包含水流模拟、实时观察和监测、数据分析处理的具体装置和对应流程。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：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，其特征在于：包括透明节理过流装置、光学监测系统、水流控制及测量系统和数据采集分析系统；所述透明节理过流装置上放置有待试验检测的透明岩石节理复制品，透明节理过流装置通过水流控制及测量系统提供稳定精确流量的水流；所述数据采集分析系统与光学监测系统和水流控制及测量系统相连，数据采集分析系统用于采集水流控制及测量系统的流速数据以及光学监测系统对透明岩石节理复制品拍摄数据。作为优选，所述透明节理过流装置包括两块有机玻璃压板、进水槽和出水槽，通过两块有机玻璃压板将待研究的透明岩石节理复制夹住并固定，所述进水槽和出水槽分别通过封水胶固定设于透明岩石节理复制品两端，所述进水槽上设有用于测量水压的测压管、以及与水流控制及测量系统相连的进水管；所述出水槽上设有通气管和以及与水流控制及测量系统相连的出水管，所述透明岩石节理复制品两侧设有用于防止节理内水外漏的止水硅胶片，所述止水硅胶片通过侧方压板固定压紧。作为优选，所述光学监测系统包括平板光源和CCD相机，所述平板光源和CCD相机分别设于透明岩石节理复制品的底部和上方，所述平板光源和CCD相机通过信号线接入数据采集分析系统。作为优选，所述透明节理过流装置和光学监测系统设于暗室内，所述平板光源为白色LED平板光源，所述透明岩石节理复制品在平板光源上正投影以外的平板光源贴上不透光的黑色硅胶片。作为优选，所述平板光源设于可调水平底座上，所述可调水平底座顶部设有至少三颗可调高度螺栓，通过调节可调高度螺栓的高度，来调节平板光源和位于其上的透明岩石节理复制品的高度及水平度。作为优选，所述水流控制及测量系统包括蠕动泵、溶质源、溶液源、以及电子天平及收集器，所述溶质源和溶液源分别通过带阀门的管道与蠕动泵入口相连，所述蠕动泵出口通过管道与透明节理过流装置的进水管相连，所述电子天平及收集器通过管道与透明节理过流装置的出水管相连，所述蠕动泵和电子天平及收集器通过信号线接入数据采集分析系统。作为优选，所述数据采集分析系统为一台计算机，用于控制和接收光学监测系统和水流控制及测量系的信息，并对光学监测系统拍摄照片信息进行分析。因此，本专利技术具有如下优点：本专利技术可完成高相似性的仿粗糙节理饱和/非饱和水流实验以及溶质迁移实验同时对水流在节理内流动的全过程进行实时直接的观察与监测。该测量装置成本低，可重复性好，精度高，测量过程操作简单直接，显示结果直观清晰。附图说明图1为透明岩石节理复制品制过程示意图。图2为透明节理过流装置俯视示意图。图3为图2中A-A截面示意图。图4为图2中B-B截面示意图。图5为图2中C-C截面示意图。图6为基于岩石节理透明复制品的溶质迁移过程光学测量装置结构示意图。1-岩石节理面，2-有机玻璃模框，3-含固化剂的硅橡胶液，4-硅橡胶模具，5-水晶硬胶A和B混合液，6-透明节理面A，7-透明节理面B，8-节理，9-透明岩石节理复制品，10-有机玻璃压板，11-固定压紧螺栓，12-止水硅胶片，13-侧方压板，14-测压管，15-通气管，16-进水槽，17-出水槽，18-进水端封水胶，19-出口端封水胶，20-进水管，21-出水管，22-透明节理过流装置，23-平板光源，24-可调水平底座，25-相机可调支架，26-CCD相机，27-相机固定，28-蠕动泵，29-溶质源，30-溶液源，31-进水软管，32-出水软管，33-电子天平及收集器，34-计算机，35-暗室。具体实施方式为了更加清楚明白的解释本专利技术的目的、技术方案和有点，下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的说明，本专利技术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，包括透明节本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于：包括包括透明节理过流装置、光学监测系统、水流控制及测量系统和数据采集分析系统；所述透明节理过流装置上放置有待试验检测的透明岩石节理复制品，透明节理过流装置通过水流控制及测量系统提供稳定精确流量的水流；所述数据采集分析系统与光学监测系统和水流控制及测量系统相连，数据采集分析系统用于采集水流控制及测量系统的流速数据以及光学监测系统对透明岩石节理复制品拍摄数据。

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于：包括包括透明节理过流装置、光学监测系统、水流控制及测量系统和数据采集分析系统；所述透明节理过流装置上放置有待试验检测的透明岩石节理复制品，透明节理过流装置通过水流控制及测量系统提供稳定精确流量的水流；所述数据采集分析系统与光学监测系统和水流控制及测量系统相连，数据采集分析系统用于采集水流控制及测量系统的流速数据以及光学监测系统对透明岩石节理复制品拍摄数据。2.根据权利要求1所述一种光学测量装置，其特征在于：所述透明节理过流装置包括两块有机玻璃压板、进水槽和出水槽，通过两块有机玻璃压板将待研究的透明岩石节理复制夹住并固定，所述进水槽和出水槽分别通过封水胶固定设于透明岩石节理复制品两端，所述进水槽上设有用于测量水压的测压管、以及与水流控制及测量系统相连的进水管；所述出水槽上设有通气管和以及与水流控制及测量系统相连的出水管，所述透明岩石节理复制品两侧设有用于防止节理内水外漏的止水硅胶片，所述止水硅胶片通过侧方压板固定压紧。3.根据权利要求1所述一种光学测量装置，其特征在于：所述光学监测系统包括平板光源和CCD相机，所述平板光源和CCD相机分别设于透明岩石节...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈益峰，方舒，胡少华，周佳庆，胡冉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42