CN105372167A - 一种测量渗流液体流动矢量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量渗流液体流动矢量的方法，该方法包括以下步骤：1）选取岩石；2）选取观测点；3）在各观测点上布置颜料；4）制作岩石裂面的透明对立面模型；5）将透明对立面模型置于岩石裂面上；6）在透明对立面模型上表面放置透明硫酸网格纸；7）安装摄像装置；8）注水直至渗流发生；9）出现多条带有颜色的流动迹线；10）记录流动状况；11）对所拍摄的影像进行分析，计算在极小时差下任意点的渗流速度，即实现对裂面任意点任意微时段的渗流矢量的测量。本发明提供的一种测量渗流液体流动矢量的方法，可以解决无法对任意点的渗流方向示踪及测算渗流速度的问题，实现裂隙节理面内任意一点液体瞬时流动速度的测量，测量精度高。

Description

一种测量渗流液体流动矢量的方法
技术领域
本发明涉及岩土渗流技术领域，尤其是一种测量渗流液体流动矢量的方法。
背景技术
现有的示踪技术(名称：一种可视化岩石渗流监测装置专利号：201410352339.8)是通过对渗流液体进行统一着色进行渗流观察，该技术并不能实现对裂面任意一点的渗流方向的示踪，不能进行任意点在规定时刻的渗流速度的测算。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量渗流液体流动矢量的方法，可以解决无法对任意点的渗流方向示踪及测算渗流速度的问题，实现裂隙节理面内任意一点液体瞬时流动速度的测量，测量精度高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种测量渗流液体流动矢量的方法，该方法包括以下步骤：
1)选取试验用的岩石；
2)在岩石的裂面上选取不同位置的多个观测点；
3)在各观测点上布置颜料，相邻观测点上颜料的颜色不同；
4)制作岩石裂面的透明对立面模型，透明对立面模型由树脂材料制作，制作方法按照中国专利申请号为201510017229.0公开的技术方案制作；
5)将透明对立面模型置于岩石裂面上,使两者的裂面完全重合，透明对立面模型和岩石的边缘处分别留设有相对的进水口和出水口，其余边缘处密封；
6)在透明对立面模型上表面放置透明硫酸网格纸；
7)在透明对立面模型上方安装可调节的高清摄像装置；
8)启动高清摄像装置，在进水口向透明对立面模型和岩石之间的缝隙注水，开始渗流实验；
当渗流发生时，各观测点8的颜料溶于水中使渗流液体着色，从而显示该点液体的流动方向，而且通过相邻两点间的颜色不同的布点方式，使得渗流情况的区分度极高，达到良好的监测效果；
9)渗流开始后，各观测点上的颜料与水相融，出现多条带有颜色的流动迹线；
10)通过高清摄像装置记录流动状况，待带有颜色的液体从出水口流出后，停止向进水口注水并结束摄像。
11)在电脑上对所拍摄的影像进行分析，获得裂面各观测点的流动方向和着色液体流动路径，结合透明硫酸网格纸，进行逐帧观察，用对应帧数的时刻差异，计算在极小时差下任意点的渗流速度，
即实现对裂面任意点任意微时段的渗流矢量的测量。
步骤2)中的观测点从多个可能影响渗流的因素所决定的位置点中选取。
位置点包括粗糙程度不同的位置点、裂面凹凸高度连续变化的位置点、裂面凹进处的最低点、裂面凸起处的最高点、含泥夹层点、含石英云母点和含微小裂隙点中的一个或多个。
步骤3)中选择的颜色为红色、蓝色、黄色和紫色。颜色布置的规则为：参考地图着色原理，一块区域仅有一种颜色，相邻区域颜色色差明显，防止颜色混淆影响观测结果。
步骤8)的注水压力为0-6MPa。
高清摄像装置的拍摄速递最低每秒25帧，分辨率在1280×720及以上。
步骤11)的计算方法为：通过影像进行分析，获得裂面各观测点的着色液体流动路径，
利用速率公式v＝△s/△t
其中，△t＝tn-tn-1，tn表示着色液体流动路径上第n个测量点所对应的时间，△s表示着色液体流动路径上任意相邻两个测量点之间的距离，
求出任意测量点之间的微时段速度，进而利用a＝△v/△t可求出各点微时段加速度。
本发明提供的一种测量渗流液体流动矢量的方法，在平板岩样进行岩石渗流试验过程中，于不同的位置布设不同颜色的颜料点后，利用透明硫酸网格纸和高清摄像装置对裂面进行观察记录，获取高区分度，可进行方向记录与流速计算的实验数据，获取个目标点不同时刻渗流矢量图，以此作为渗流现象微观分析基础，可以解决无法对任意点的渗流方向示踪及测算渗流速度的问题，实现裂隙节理面内任意一点液体瞬时流动速度的测量，测量精度高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明进行渗流实验时的示意图；
图2为本发明所用贴合在一起的透明对立面模型和岩石的剖视图；
图3为本发明步骤9)渗流开始后，放置了透明硫酸网格纸后的透明对立面模型的俯视图；
图4为本发明视频资料获得的一条着色液体流动路径示意图。
具体实施方式
一种测量渗流液体流动矢量的方法，该方法包括以下步骤：
1)选取试验用的岩石9；
2)在岩石9的裂面1上选取不同位置(即任意目标位置)的多个观测点8；
3)在各观测点8上布置颜料，相邻观测点8上颜料的颜色不同；
4)制作岩石裂面1的透明对立面模型10，透明对立面模型由树脂材料制作，制作方法按照中国专利申请号为201510017229.0公开的技术方案制作；
5)将透明对立面模型10置于岩石裂面1上,使两者的裂面1完全重合，如图2所示，透明对立面模型10和岩石9的边缘处分别留设有相对的进水口6和出水口5，其余边缘处用硅橡胶密封密封；
6)在透明对立面模型10上表面放置透明硫酸网格纸3；
7)在透明对立面模型10上方安装可调节的高清摄像装置11，高清摄像装置11通过调节架安装在透明对立面模型10上方，通过水平伸缩杆12和竖向伸缩杆13调整摄像角度，保证摄像清晰，如图1所示；
8)待清摄像装置11图形清晰后，启动高清摄像装置11，利用注水试压泵在进水口6向透明对立面模型10和岩石9之间的缝隙注水，开始渗流实验；
9)渗流开始后，各观测点8上的颜料与水相融，出现多条带有颜色的流动迹线；
当渗流发生时，颜料溶于水中使渗流液体着色，从而显示该点液体的流动方向7，而且通过相邻两点间的颜色不同的布点方式，使得渗流情况的区分度极高，达到良好的监测效果，如图3所示；
10)通过高清摄像装置11记录流动状况，待带有颜色的液体从出水口5流出后，停止向进水口注水并结束摄像；
11)在电脑上对所拍摄的影像进行分析，获得裂面1各观测点8的流动方向和着色液体流动路径4(即渗流路径，结合透明硫酸网格纸3，进行逐帧观察，用对应帧数的时刻差异，计算在极小时差下任意点的渗流速度，
即实现对裂面任意点任意微时段的渗流矢量的测量。
步骤2)中的观测点8从多个可能影响渗流的因素所决定的位置点2中选取。
位置点2包括粗糙程度不同的位置点、裂面凹凸高度连续变化的位置点、裂面凹进处的最低点、裂面凸起处的最高点、含泥夹层点、含石英云母点和含微小裂隙点中的一个或多个。
步骤3)中选择的颜色为红色、蓝色、黄色和紫色。
步骤8)的注水压力为0-6MPa。
高清摄像装置11的拍摄速递最低每秒25帧，分辨率在1280×720及以上。
步骤11)的计算方法为：通过影像进行分析，获得裂面1各观测点8的着色液体流动路径4，
利用速率公式v＝△s/△t
其中，△t＝tn-tn-1，tn表示着色液体流动路径上第n个测量点所对应的时间，△s表示着色液体流动路径上任意相邻两个测量点之间的距离，
求出任意测量点之间的微时段速度，进而利用a＝△v/△t可求出各点微时段加速度。
具体计算过程如下，如图4所示，
点At1，At2，At3，At4分别表示t1时刻的测量点，t2时刻的测量点，t3时刻的测量点和t4时刻的测量点；相邻两测量点的距离为△s1，△s2，△s3，△s4表示；利用速率公式v＝△s/△t
其中，△t＝tn-tn-1，tn表示着色液体流动路径上第n个测量点所对应的时间，△s表示着色液体流动路径上任意相邻两个测量点之间的距离，
求出任意测量点之间的微时段速度，进而利用a＝△v/△t可求出各点微时段加速度。
计算结果如下表所示，

Claims (7)

1.一种测量渗流液体流动矢量的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)选取试验用的岩石(9)；
2)在岩石(9)的裂面(1)上选取不同位置的多个观测点(8)；
3)在各观测点(8)上布置颜料，相邻观测点(8)上颜料的颜色不同；
4)制作岩石裂面(1)的透明对立面模型(10)；
5)将透明对立面模型(10)置于岩石裂面(1)上,使两者的裂面(1)完全重合，透明对立面模型(10)和岩石(9)的边缘处分别留设有相对的进水口(6)和出水口(5)，其余边缘处密封；
6)在透明对立面模型(10)上表面放置透明硫酸网格纸(3)；
7)在透明对立面模型(10)上方安装可调节的高清摄像装置(11)；
8)启动高清摄像装置(11)，在进水口(6)向透明对立面模型(10)和岩石(9)之间的缝隙注水，开始渗流实验；
9)渗流开始后，各观测点(8)上的颜料与水相融，出现多条带有颜色的流动迹线；
10)通过高清摄像装置(11)记录流动状况，待带有颜色的液体从出水口(5)流出后，停止向进水口注水并结束摄像；
11)在电脑上对所拍摄的影像进行分析，获得裂面(1)各观测点(8)的流动方向和着色液体流动路径(4)，结合透明硫酸网格纸(3)，进行逐帧观察，用对应帧数的时刻差异，计算在极小时差下任意点的渗流速度，
即实现对裂面任意点任意微时段的渗流矢量的测量。
2.根据权利要求1所述的一种测量渗流液体流动矢量的方法，其特征在于：步骤2)中的观测点(8)从多个可能影响渗流的因素所决定的位置点(2)中选取。
3.根据权利要求2所述的一种测量渗流液体流动矢量的方法，其特征在于：位置点(2)包括粗糙程度不同的位置点、裂面凹凸高度连续变化的位置点、裂面凹进处的最低点、裂面凸起处的最高点、含泥夹层点、含石英云母点和含微小裂隙点中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的一种测量渗流液体流动矢量的方法，其特征在于：步骤3)中选择的颜色为红色、蓝色、黄色和紫色。
5.根据权利要求1所述的一种测量渗流液体流动矢量的方法，其特征在于：步骤8)的注水压力为0-6MPa。
6.根据权利要求1所述的一种测量渗流液体流动矢量的方法，其特征在于：高清摄像装置(11)的拍摄速递最低每秒25帧，分辨率在1280×720及以上。
7.根据权利要求1所述的一种测量渗流液体流动矢量的方法，其特征在于步骤11)的计算方法为：通过影像进行分析，获得裂面(1)各观测点(8)的着色液体流动路径，
利用速率公式v＝△s/△t
其中，△t＝tn-tn-1，tn表示着色液体流动路径上第n个测量点所对应的时间，△s表示着色液体流动路径上任意相邻两个测量点之间的距离，
求出任意测量点之间的微时段速度，进而利用a＝△v/△t可求出各点微时段加速度。
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