[发明专利]一种用于可视化实验的变开度可拆卸裂隙装置

说明书

本发明公开了一种用于可视化实验的变开度可拆卸裂隙装置，该装置包括可视化控制单元、变开度控制单元、边界控制及数据监测单元、粗糙度模拟单元等；可视化控制单元包括透明的裂隙上盘；变开度控制单元包含边界密封组件、变开度组件和不透明的裂隙下盘；边界控制及数据监测单元包括出入流组件、缓冲腔组件等。本发明装置用于实现裂隙开度大小的精确控制、裂隙边界的有效密封和实验过程中裂隙内部可视物理参量的变化，通过缓冲腔组件实现出入水流重分布，通过数据监测组件监测不同剖面位置的水压力或电阻率变化，通过粗糙度模拟单元模拟不同特征的裂隙粗糙度。该装置制作简单易行、重复性好、强度大、精度高，所得裂隙的平均开度值准确可靠。

技术领域

本发明属于裂隙岩体试验领域，尤其涉及一种用于可视化实验的变开度可拆卸裂隙装置。

背景技术

近年来，随着二氧化碳地质封存、大型水利水电工程、地下水资源开发与管理及高放废物地质处置等重大地下工程的开工建设，裂隙岩体中的渗流破坏、污染物泄露等灾害成为工程和理论界重点关注的重要问题。单裂隙作为研究离散裂隙网络岩体的基础，其平均裂隙开度、裂隙粗糙度对岩石裂隙中的渗流和溶质运移机制具有重要影响，因此，研究单裂隙变开度和粗糙度对裂隙岩体中流体流动和溶质迁移过程的影响对提高核废料处置、地下污染物治理等大型地下工程的安全稳定运行具有重要意义。对于上述重大工程问题，一般具有埋深大、地应力条件复杂和水压力大等特点，如何方便准确的改变裂隙开度大小、裂隙粗糙度，以及如何保证裂隙模型在高应力、高水压力作用下模型边界的密封性能及模型强度，目前未得到深入的研究。再者，采用真实裂隙材料难以实现渗流或污染物迁移过程的可视化，关于岩石裂隙可视化的研究则较为少见。

在已经公开技术中，一种可改变裂隙开度的高温裂隙渗流模拟装置(申请号201711423221.X)，其改变裂隙开度的方法是在岩块、岩块之间的裂隙，裂隙之间边缘均匀放置陶瓷支撑球；一种用于可视化实验的变开度粗糙裂隙及其制作方法(申请号201910238486.5)，通过在裂隙上下盘两侧止水挡板间放置不同厚度的刚性垫片来改变裂隙的平均开度；一种可定量调整岩石粗糙裂隙开度的装置及其使用方法(申请号201911396537.3)，通过两个夹持装置分别夹持裂隙试样上下盘，并通过电动升降平台来调整得到不同的裂隙开度。上述三种方法虽然能改变裂隙的开度，但存在模型强度不够而产生不可避免的破损，无法保证裂隙各处都增大相同的距离，调整裂隙开度复杂、操作不便，难以实现实时监测裂隙内部物理参量变化(如水压力)，难以保证高水压力作用下边界密封性能等不足，且在实验设计中应用比较困难。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于可视化实验的变开度可拆卸裂隙装置。该装置能够利用刚性垫片的高强度、密封条的弹性和自密封性特点，结合铝板或有机玻璃等材料的可设计性和可制造性，实现裂隙开度大小的精确控制、裂隙边界的有效密封，实现实验过程中裂隙内部可视物理参量的变化，以及实时监测实验过程中裂隙内部不同剖面位置的水压力或电阻率变化，大大提高了裂隙模型实验的可重复性和实验结果测试精确性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种用于可视化实验的变开度可拆卸裂隙装置，包括可视化控制单元、变开度控制单元、边界控制及数据监测单元、粗糙度模拟单元、模型底座及裂隙空间；

所述可视化控制单元包括透明的裂隙上盘和固定模板，用于观察实验过程中裂隙内部物理参量的变化；

所述变开度控制单元包含边界密封组件、变开度组件和不透明的裂隙下盘；

所述边界控制及数据监测单元包括出入流组件、缓冲腔组件和数据监测组件；

所述粗糙度模拟单元包括一定形状、厚度的刚性垫圈；

所述裂隙上盘下表面设置有一定深度的闭环凹槽；所述闭环凹槽的闭环范围大于所述缓冲腔组件和所述裂隙空间所围合的区域；