[发明专利]充填型岩溶渗透破坏全过程模拟试验系统与方法

摘要

本发明公开了一种充填型岩溶渗透破坏全过程模拟试验系统与方法，包括：可视化模型系统，其内装载试验试样，作为承载装置完成对充填型岩溶全过程渗透的模拟；可控支撑系统，其用于支撑可视化模型箱，通过改变可视化模型箱倾角对可视化模型箱内部流体的渗流方向进行控制；伺服加载系统，控制试验过程中的水压，为可视化模型箱提供了四种不同的加载模式；高速摄像系统，负责记录渗透破坏过程中透明渗透模型箱内部水流与颗粒运动情况；综合数据测量系统，监测记录渗透破坏过程中包括但不限于渗压、渗流量、涌砂量因素的变化规律；信息分析反馈系统，对渗透过程及渗透破坏全过程进行实时记录和分析，完成数据处理和反馈。

主权项

1.一种模拟充填型岩溶全过程渗透的可调角试验系统，其特征在于，包括：可视化模型装置，其内装载试验试样，作为承载装置完成对充填型岩溶全过程渗透的模拟；可控支撑系统，其用于支撑可视化模型箱，可通过改变可视化模型箱倾角对可视化模型箱内部流体的渗流方向进行控制；可控支撑系统包括固定铰支座、液压伸缩杆、三角液压伸缩架和固定端支座；固定铰支座包括固定在渗透模型箱的进水侧的入口固定铰和固定在渗透模型箱的出水侧的出口固定铰，入口固定铰与两组三角液压伸缩架相连，出口固定铰通过液压伸缩杆、固定端支座与试验架相连，通过控制液压伸缩架、液压伸缩杆实现对渗透模型箱的180°转动，进而模拟不同渗流方向、产出形态下的充填介质渗透破坏；伺服加载系统，控制试验过程中的水压，为可视化模型箱提供了定流量、变流量、定压力和变压力四种不同的加载模式。高速摄像系统，负责记录渗透破坏过程中透明渗透模型箱渗透破坏发生的情况；所述的高速摄像系统包括高速摄像仪、无线传输收发器、电动滑轨、自动升降杆和激光测距仪；电动滑轨设置在试验架上，高速摄像仪、无线传输收发器、激光测距仪集成在一个壳体内，通过自动升降杆悬挂在电动滑轨上；所述的无线传输收发器分别与高速摄像仪、激光测距仪、中央处理器通信，一方面实时的将高速摄像仪拍摄的图片传输到中央处理器；另一方面将激光测距仪测得的摄像机到模型箱的距离传输至中央处理器，所述的中央处理器根据测得的距离调控电动滑轨和自动升降杆，使得摄像机与渗透模型箱的中心保持一定的距离，同时自动旋转调节高速摄像仪，可保持镜头与渗透容器表面平行；综合数据测量系统，监测记录渗透破坏过程中包括但不限于渗压、渗流量、涌砂量因素的变化规律，包括渗压传感器、流量记录仪、压力记录仪、集水器、自动称量测量仪和筛分烘干装置；渗压传感器埋设于原状填充物试样中，流量记录仪和压力记录仪固定在进水软管上，减小由于伺服加载系统的加压不均所导致的测量误差，试验过程中的渗压、流量、水压变化可实时传输至中央处理器；集水器负责收集渗透破坏带出的水和固体颗粒，多个集水器紧密排布在传送带上，集水器之间放置三角排水板，减少传送带移动过程中泥水沿集水器边缘的耗散。自动称量测量仪记录泥水混合物的重量P1，可计算泥水渗透流量Q*；所述的筛分烘干装置对已完成泥水收集的集水器进行静置分离、筛分烘干及称重，获得固体重量P2，进一步获得修正后的纯水渗透流量Q；Q*＝P1/ρwtQ＝(P1‑P2)/ρwt其中，ρw为水的密度，t为称量所用时间。信息分析反馈系统，接收伺服加载系统、高速摄像系统以及综合数据测量系统发射的无线信号，对渗透过程及渗透破坏全过程进行实时记录和分析，完成数据处理和反馈。