[发明专利]一种潜蚀可视化试验装置、试验方法及透明土制备方法

权利要求书

1.一种潜蚀可视化试验装置，其特征在于，包括，

渗透仪，其设有透明模型箱，其内部填筑有透明土试样，其外壁上设置有刻度条；所述透明模型箱底部安装有上游集油腔体，所述上游集油腔体与进油管相连；所述透明模型箱与所述上游集油腔体之间设有上游多孔盖板；所述透明模型箱顶部安装有下游集油腔体，所述下游集油腔体与出油管相连；所述透明模型箱与所述下游集油腔体之间设有下游多孔盖板；所述渗透仪沿高度方向上以一定的间距设置有多个测压管；

压力施加装置，其分为低压单元和高压单元，均通过所述进油管与所述渗透仪连接；其中所述低压单元为移动油箱组件，通过提升移动油箱至不同高度位置提供不同的输入渗透油压；所述高压单元包括储油器、压力源和调压阀，通过所述压力源对所述储油器施加压力，所述储油器内的油产生高压油，通过调节所述调压阀，提供不同的输入渗透油压；

激光控制系统，其包括激光器、多模光纤和一字线棱镜；其中所述激光器安装在所渗透仪侧面；所述一字线棱镜安装在所述多模光纤末端；所述激光器透过一字线棱镜产生共面集中的激光射线，通过移动激光器的位置，可以在透明土试样内部不同位置获取不同的剖面图像；

图像采集系统，其可在试验过程中实时监测透明土试样剖面内部细颗粒运移、淤堵情况，其包括安装在渗透仪正面的高速摄影机和图像处理分析单元；所述高速摄影机的轴线垂直于所述激光控制系统的轴线；所述图像处理分析单元用于处理分析高速摄影机采集的图像。

2.根据权利要求1所述的潜蚀可视化试验装置，其特征在于，所述透明土试样由熔融石英砂颗粒和孔隙油液配置，其中所述孔隙油液内加入荧光染料；通过进油管进入渗透仪的所述油和压力施加装置中所述油均为孔隙油液。

3.根据权利要求1所述的潜蚀可视化试验装置，其特征在于，所述出油管与计量器连接，所述计量器可监测渗流油量；所述压力施加装置将油通过进油管进入所述上游集油腔体，经过所述上游多孔盖板油从饱和透明土的下部渗流至上部，经过下游多孔盖板进入下游集油腔体，由出油管再流入所述计量器。

4.根据权利要求1所述的潜蚀可视化试验装置，其特征在于，所述图像采集系统还包括长通滤波器，其放置在所述高速相机镜头上，将成像限制在荧光染料的发射波长范围内，滤除不需要的散射光。

5.一种潜蚀可视化试验方法及透明土试样的制备方法，其特征在于，使用如权利要求1-4中任意一项所述的潜蚀可视化试验装置，包括以下步骤：

S01、制备透明土试样，选取熔融石英砂颗粒和与其折射率匹配的孔隙油液在一定温度下混合，充分搅拌后抽气饱和，静置12小时；

S02、通过进油管向上游集油腔体中充入孔隙油液，当孔隙油液充满上游集油腔体并高于上游多孔盖板上表面时，停止充入孔隙油液，并在上游多孔盖板上放置滤网；

S03、将制备好的透明土试样平均分成多等份，依次缓慢填入渗透仪中；在每层填筑过程中，不断用玻璃棒轻轻搅拌，全部填入后用木锤轻轻压实试样至预定高度；

S04、将下游多孔盖板和下游集油腔体密封安装，防止漏油；再次通过进油管向渗透仪内充入孔隙油液，调节压力施加装置，避免透明土试样发生颗粒运移现象；同时依次打开测压管，当各个测压管连续排出孔隙油液时，依次关闭测压管；当孔隙油液从出油管连续流出时，透明土饱和完成；

S05、开启激光控制系统和图像采集系统，调整激光器至多个指定位置，使用高速摄像机拍摄每个指定位置的透明土试样内部的剖面图像，荧光染料使孔隙油液在激光照射平面内发出明亮荧光，而熔融石英砂颗粒则以黑色斑点形式出现；记录为饱和透明土试样初始状态；

S06、调整压力施加装置，向透明土试样分级施加渗透压力，直至透明土试样发生明显潜蚀破坏；同时在每级渗透压力稳定后，调整激光器至同样的多个指定位置，通过渗透仪外壁的刻度条来定位所述激光器位置；使用高速摄像机拍摄每个指定位置的透明土试样内部的剖面图像；

S07、试验完成后，综合分析试验过程的图像演变规律，确定潜蚀发生及破坏的水力条件，分析潜蚀发生发展过程中透明土试样内部孔隙结构的演变规律。