CN111504872B - 变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置及试验方法。该装置包括梁杆支撑结构、载物台、位移传动结构、可拆卸裂隙夹具和透明裂隙模具。载物台位于空间三维可调节的梁杆支撑结构上，用于固定可拆卸裂隙夹具；位移传动结构包括用于精确调节开度的滑动板和大范围位移调节的滑动杆筒，两者固定在一起，分别与载物台上、下板相连；可拆卸裂隙夹具通过圆环夹板和螺丝将透明裂隙模具固定，载物板和可拆卸裂隙夹具分别设置用于拆卸后复位的凸块和凹槽。该试验装置通过巧妙的机械结构设计，实现了对透明裂隙模具的可拆卸、开度高精度连续调节，且各组件之间可灵活调节和扩展，为进一步开展裂隙渗流的可视化试验研究提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及仿真岩体裂隙模型的试验装置及试验方法，具体是指一种变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置及试验方法。
背景技术
自然界中的岩体存在着大量的断层、节理、裂隙等结构面，使得岩体表现出复杂的渗流特性。岩体渗流特性研究是地下资源利用与开发、生态环境保护和国家重大工程建设等中的重要基础科学问题，如：页岩气开采、二氧化碳地质封存、地下水污染物迁移和坝基渗流安全稳定问题等。因此，开展裂隙渗流试验研究具有重大工程价值和理论意义。
基于光学原理的可视化研究是目前在实验室中开展裂隙渗流研究的一种主要手段，其中仿真裂隙模型往往是其核心部分。但目前裂隙模型的制作常采用间隙片等粘结，存在着不可拆卸、开度不可调节、模具清洗困难等问题。
发明内容
为了解决这些问题，本发明设计一种可拆卸、开度可高精度连续调节的仿真裂隙试验装置，为进一步开展岩体裂隙渗流的可视化试验研究提供技术支持。
为实现上述目的，本发明提出一种变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，并给出了该装置的试验方法。该装置包括载物台、位移传动结构、可拆卸裂隙夹具和透明裂隙模具，整体上解决了裂隙模型可拆卸、开度可高精度连续调节等问题，结构上可实现模块化，方便组装和拆卸，拓展性强。
本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，其特征在于：包括支撑底板、两个支撑竖杆、载物台、可伸缩脚支座、位移传动结构、千分尺、可拆卸裂隙夹具和透明裂隙模具；
所述载物台周围设有用于支撑和位移调节的杆架结构和载物台支架；
所述两个支撑竖杆分别与支撑底板螺纹连接；
所述载物台包括上部和下部，所述载物台的上部由平行重叠布置的载物台上部上板和载物台上部下板组成；所述载物台的下部由平行重叠布置的载物台下部上板和载物台下部下板组成；所述载物台上部上板设有4个大尺寸通孔，使得载物台上部上板相对于载物台上部下板沿任意水平方向移动，用于透明裂隙模具的上部和下部对准，载物台上部上板和载物台上部下板之间通过大尺寸垫片和载物台锁紧螺丝固定；载物台下部上板和载物台下部下板之间通过螺丝固定；所述载物台上部下板设有两个水平调节螺丝孔，所述两个水平调节螺丝穿过载物台上部上板和载物台上部下板后均与载物台的下部接触，用以调节载物台上部的水平度；所述载物台的下部置于载物台支架上；
所述杆架结构包括两个杆夹、总支撑梁杆、转接件和转轴；所述两个杆夹分别穿套在两个支撑竖杆上；所述总支撑梁杆的两端分别与两个杆夹连接；所述转接件置于总支撑梁杆上，所述转轴的一端穿过转接件的中心与载物台支架的内侧边连接，所述载物台支架的外侧边与可伸缩脚支座连接，用以调控载物台水平度；
所述两个杆夹、总支撑梁杆、载物台支架和可伸缩脚支座组合使用可调节载物台的水平高度；所述转接件、转轴和载物台支架组合使用可调节载物台的在水平面内个方向移动；所述两个杆夹、总支撑梁杆、转接件、转轴、载物台支架和可伸缩脚支座组合使用，从而使载物台在空间三个方向上能够移动调节；
所述位移传动结构由相连的第一滑动结构和第二滑动结构组成；所述第一滑动结构由用于精确控制开度的滑动板和与滑动上部相连的连接套筒组成；所述滑动板与载物台的上部下板相连；所述千分尺穿套在滑动板上部的连接套筒中以精确控制开度；所述第二滑动结构由滑动杆套筒和置于滑动杆套筒内的凸型滑动杆组成，所述凸型滑动杆的底部垂直固定在载物台的下部下板，用于大范围位移调节，方便对可拆卸裂隙夹具和透明裂隙模具的组装和拆卸；所述第一滑动结构和第二滑动结构在接触处均设有钢珠便于平滑移动；所述第一滑动结构上设有千分尺锁紧螺丝进行固定，第二滑动结构设有若干胶底锁紧螺丝进行固定；所述载物台与位移传动结构和千分尺组合一起实现开度的精确连续调节；
所述可拆卸裂隙夹具由上部和下部组成；所述上部由圆环上底板和半圆环夹板组成，所述下部由圆环下底板和与透明圆形薄板组成；
所述可拆卸裂隙夹具的上部通过螺纹结构与透明裂隙模具的上盘固定连接，所述透明裂隙模具的下盘首先通过无痕光固化胶与透明圆形薄板粘接，然后通过螺纹结构与可拆卸裂隙夹具的下部固定连接；
所述载物台的上部和下部，以及可拆卸裂隙夹具的上部和下部均为中间空心的结构，所述透明裂隙模具置于中间空心内从而实现对透明裂隙模具的可视化观测；所述可拆卸裂隙夹具通过若干压片固定在载物台上；所述载物台上设有定位凸块，所述可拆卸裂隙夹具上设有定位凹槽，所述定位凸块置于定位凹槽中；所述载物台上部的中间空心尺寸大于可拆卸裂隙夹具下部的尺寸，从而使可拆卸裂隙夹具上、下部从载物台上部取出，进而实现了不调整位移传动结构即保持裂隙开度不变，对透明裂隙模具连同可拆卸裂隙夹具一起进行拆卸和复位，使试验具有可重复性。
作为优选方案，所述透明裂隙模具包括透明裂隙模具上盘和透明裂隙模具下盘；
所述可拆卸裂隙夹具的上部和下部的中间空心结构均为空心圆；所述可拆卸裂隙夹具上部包括圆环上底板、半圆环固定夹板和半圆环活动夹板；所述圆环上底板的内径、半圆环固定夹板所对应的圆环内径和半圆环活动夹板所对应的圆环内径均相同，且均大于透明裂隙模具的外径；所述半圆环固定夹板通过无痕光固化胶粘结在圆环上底板上，半圆环活动夹板通过夹具上部垂直锁紧螺丝与圆环上底板固定连接；所述半圆环固定夹板和半圆环活动夹板通过两个水平锁紧螺丝相连将透明裂隙模具上盘与可拆卸裂隙夹具上部固定连接；
所述可拆卸裂隙夹具下部包括透明圆形薄板、出口溢流边界圆环板、废液收集槽和圆环下底板；所述透明裂隙模具下盘首先通过无痕光固化胶与透明圆形薄板粘接固定，所述透明裂隙模具下盘和透明圆形薄板中心均设有圆心通孔作为渗流试验的注液口；所述透明圆形薄板通过3个成120°夹角的夹具下部垂直锁紧螺丝与圆环下底板固定连接；所述透明圆形薄板与圆环下底板之间设有止水垫片；所述出口溢流边界圆环板和废液收集槽通过光固化胶粘结于圆环下底板上；
所述若干压片包括两块上部压片和两块下部压片；所述可拆卸裂隙夹具的上部通过上部压片与载物台的上部固定连接；所述可拆卸裂隙夹具的下部通过下部压片与载物台的下部固定连接，从而实现裂隙模型的可拆卸、开度可连续调节。
进一步地，所述载物台支架是由两根横向支撑梁杆和两根纵向支撑梁杆组成的整体结构；其中内侧横向支撑梁杆和两根纵向支撑梁杆均为跑道型中空结构，带垫片螺丝穿过中空结构将内侧横向支撑梁杆和两根纵向支撑梁杆固定连接；所述载物台下部下板的4个角和外侧横向支撑梁杆的两侧均设有孔中心间距相同的螺纹孔，所述外侧横向支撑梁杆用于固定两根纵向支撑梁杆之间的距离，使载物台下部下板通过中空结构固定在两根纵向支撑梁杆上；所述外侧横向支撑梁杆中间设有螺纹孔与可伸缩脚支座连接，用以调控载物台及载物台支架的水平度，防止侧倾。
更进一步地，所述滑动板外侧设有4个螺纹孔，其中底部两个螺纹孔与载物台上部下板相连；所述千分尺穿套在滑动板上部的连接套筒中，千分尺的下部抵在滑动板的内侧板上端面，转动千分尺使滑动板产生相对位移，从而带动载物台的上部进行上、下移动，用于精确控制开度；所述凸型滑动杆、滑动杆套筒和滑动板之间平行布置；所述滑动杆套筒与滑动板的内侧板固定连接，所述凸型滑动杆的底部垂直固定在载物台的下部下板上；所述滑动杆套筒能与第一滑动结构和载物台的上部一起发生滑动，用于大范围位移调节，方便对可拆卸裂隙夹具和透明裂隙模具的组装和拆卸，其调节范围由凸型滑动杆的长度决定；所述千分尺锁紧螺丝装置于滑动板的侧部；所述胶底锁紧螺丝设有4个，且均装置于滑动杆套筒的背部。
更进一步地，所述载物台的上部和下部的中间空心结构均为空心圆；所述圆环上底板嵌入载物台上部上板的圆槽中，通过载物台上部压片将圆环上底板固定；所述圆环下底板同样嵌入载物台下部上板的圆槽中，通过载物台下部压片将圆环下底板固定；所述定位凸块装置于载物台下部上板中；所述定位凹槽开设于圆环下底板上；所述载物台上部上板、载物台上部下板、载物台下部上板和载物台下部下板中内径圆尺寸分别为a、b、c和d，其中a>b>c>d。
第二方面，本发明提供一种利用如上所述装置开展裂隙渗流特性的可视化研究试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将支撑底板和支撑竖杆通过螺纹结构连接在一起，调整支撑底板水平度和支撑竖杆的垂直；
2)安装载物台的支撑杆架，调节脚支座和转轴来调整载物台及支架的水平度；
3)安装载物台、位移传动结构和千分尺，并保证位移传动机构与载物台之间的垂直，检查载物台能否平滑移动；
4)组装可拆卸裂隙夹具上、下部，并将透明裂隙模具下盘通过无痕光固化胶粘在透明圆形薄板上，通过螺丝再将透明圆形薄板固定在可拆卸裂隙夹具下部的圆环下底板上；
5)固定可拆卸裂隙夹具和透明裂隙模具下盘，将上、下部的可拆卸裂隙夹具通过压片固定在载物台上，并再次调整透明裂隙模具下盘的水平度；
6)固定透明裂隙模具上盘，将透明裂隙模具上盘置于透明裂隙模具下盘上，通过调整大位移滑动结构，将上部载物台连同可拆卸裂隙夹具上部一起移动至与透明裂隙模具上盘接触，并通过锁紧螺丝固定在一起，固定过程中保持上、下盘透明裂隙模具之间保持吻合接触，此时记裂隙的初始开度为0；
7)通过转动千分尺来实现透明裂隙模具上、下盘之间的开度调节，根据实验需求设定不同的开度值，并通过两个水平调节螺丝对透明裂隙模具上盘的水平度进行微调；
8)通过外接管道将透明裂隙模具下盘注液口与注射泵相连，在支撑杆上架设相机并布置在载物台上方的合适位置，调整好焦距，在下部增加光源，可直接开展裂隙渗流特性研究的可视化试验；
9)根据试验需要，如要对透明裂隙模具进行清洗，并且要保持裂隙开度不变，在对透明裂隙模具进行拆卸和复位时，具体步骤如下：
(a)锁紧千分尺锁紧螺丝，拆除载物台的压片，将可拆卸裂隙夹具连同透明裂隙模具依次从上部载物台的中间空心结构中取出，取出时先取上部结构再取下部结构；
(b)不将可拆卸裂隙夹具取下，与透明裂隙模具一同进行清洗；
(c)将清洗后的透明裂隙模具连同可拆卸裂隙夹具依次从上部载物台的中间空心结构中放入，先后顺序与取出时相反，并根据载物台的定位凸块和可拆卸裂隙夹具的定位凹槽进行复位；
(d)安装固定载物台上部和下部的压片，进行下一组试验。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明提供一种可用于岩体裂隙复杂渗流特性研究的仿真裂隙试验装置，该装置具有透明裂隙模具可拆卸、裂隙开度可连续调节的功能。进一步，当装置的上部安装相机、底部安装光源、注射泵通过管道与透明仿真裂隙模型相连，可基于该装置直接开展裂隙渗流的可视化试验。由于本发明侧重于仿真裂隙的试验装置和试验方法，因此对可拓展部分不进行过多描述。该装置操作简单，精度高，成本低，拓展性强，为研究岩体裂隙复杂的渗流特性提供重要支持。
附图说明
图1为本发明变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置三维立体图正面；
图2为本发明变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置三维立体图背面；
图3为载物台三维立体图；
图4为位移传动结构三维立体图；
图5为可拆卸裂隙夹具三维立体图。
图中：1-支撑底板，2-支撑竖杆，3-杆夹，4-总支撑梁杆，5-转接件，6-转轴，7-载物
台，8-可伸缩脚支座，9-位移传动结构，10-千分尺，11-可拆卸裂隙夹具，12-透明裂隙模具，
13a-内侧横向支撑梁杆，13b-外侧横向支撑梁杆，14-纵向支撑梁杆，15-载物台上部上板，
16-载物台上部下板，17-载物台下部上板，18-载物台下部下板，19-大尺寸垫片，20-载物台
锁紧螺丝，21-水平调节螺丝，22-载物台上部压片，23-载物台下部压片，24-定位凸块，25-
凸型滑动杆，26-滑动杆套筒，27-胶底锁紧螺丝，28-滑动板，29-千分尺锁紧螺丝，30-圆环
上底板，31-半圆环固定夹板，32-半圆环活动夹板，33-水平锁紧螺丝，34-夹具上部垂直锁
紧螺丝，35-透明裂隙模具上盘，36-透明裂隙模具下盘，37-透明圆形薄板，38-定位凹槽，
39-夹具下部垂直锁紧螺丝，40-出口溢流边界圆环板，41-废液收集槽，42-圆环下底板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细阐述。
如图所示的变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，包括支撑底板1、支撑竖杆2、载物台7及载物台支架、位移传动结构9、千分尺10、可拆卸裂隙夹具11、透明裂隙模具上盘35、透明裂隙模具下盘36，支撑底板1通过螺纹孔与支撑竖杆2相连构成整个装置的支撑结构，载物台7及载物台支架与位移传动结构9和千分尺10组合一起实现开度的连续调节，可拆卸裂隙夹具上部的半圆环固定夹板31和半圆环活动夹板32通过水平锁紧螺丝33和夹具上部垂直锁紧螺丝34与透明裂隙模具上盘35固定在一起，透明裂隙模具下盘36首先通过无痕光固化胶与透明圆形薄板37粘接在一起，然后通过夹具下部垂直锁紧螺丝39与可拆卸裂隙夹具下部的圆环下底板42固定在一起，可拆卸裂隙夹具分别通过载物台上部压片22和载物台下部压片23固定在载物台7上，从而实现裂隙模型的可拆卸、开度可连续调节。
如图3所示，载物台7周围设有用于支撑和位移调节的杆架结构和载物台支架，杆架结构包括两个杆夹3、总支撑梁杆4、转接件5和转轴6；其中，总支撑梁杆4的两端分别与两个杆夹3连接，转接件5置于总支撑梁杆4上，转轴6的一端穿过转接件5的中心与载物台支架的内侧横向支撑梁杆13a连接；总支撑梁杆4为载物台水平高度的基准，同时松动两个杆夹3使总支撑梁杆4沿支撑竖杆2上下移动，用于调控载物台及支架的水平高度。
载物台支架分别由两个横向支撑梁杆和两根纵向支撑梁杆14组成；内侧横向支撑梁杆13a和两根纵向支撑梁杆14设计为跑道型中空结构，带垫片螺丝穿过中空结构将内侧横向支撑梁杆13a和两根纵向支撑梁杆14固定在一起；载物台下部下板18的4个角和外侧横向支撑梁杆13b的两侧设有孔中心间距相同的螺纹孔，外侧横向支撑梁杆13b用于固定两根纵向支撑梁杆14之间的距离，使载物台下部下板通过中空结构固定在两根纵向支撑梁杆14上；同时外侧横向支撑梁杆13b中间设有螺纹孔与可伸缩脚支座8连接，用以调控载物台7及支架的水平度，防止侧倾；由于内侧横向支撑梁杆13a和纵向支撑梁杆14内部的中空结构设计，可以使载物台沿两根纵向支撑梁杆14进行前后移动，可以使两个纵向支撑梁杆14连同载物台沿内侧横向支撑梁杆13a进行左右移动；通过上述布置，实现了载物台7在空间三个方向上的灵活调节，可移动范围由支撑竖杆2、内侧横向支撑梁杆13a和纵向支撑梁杆14的长度决定。
载物台内部有上、下两部组成，且上、下两部共有载物台上部上板15和下板16、载物台下部上板17和载物台下部下板18，载物台下部板之间通过螺丝固定，载物台上部的上板15设有4个2cm直径的大尺寸通孔，使得上板可以沿任意水平方向移动1cm，用于透明裂隙模具对准，载物台上部上板15和载物台上部下板16之间通过直径3cm大尺寸垫片19和载物台锁紧螺丝20固定。载物台上部下板16设有两个水平调节螺丝21，水平调节螺丝底部与载物台下部上板17接触，用于调节载物台上部的水平度。
如图4所示，位移传动结构9由相连的第一滑动结构和第二滑动结构组成；第一滑动结构由用于精确控制开度的滑动板28和与滑动板28上部相连的连接套筒组成；滑动板28外侧设有4个螺纹孔，其中底部两个螺纹孔与载物台上部下板16相连；千分尺10穿套在滑动板28上部的连接套筒中，下部抵在滑动板28的内侧板上端面；千分尺最大量程为25mm，精度为0.01mm，转动千分尺使滑动板28产生相对位移，从而带动载物台上部进行上、下移动，用于精确控制开度；第二滑动结构由滑动杆套筒26和置于滑动杆套筒26内的凸型滑动杆25组成；凸型滑动杆25、滑动杆套筒26和滑动板28之间平行布置；滑动杆套筒26与滑动板28的内侧板固定在一起，凸型滑动杆25的底部垂直固定在载物台的下部下板18上；滑动杆套筒26能与第一滑动结构和载物台上部一起发生滑动，用于大范围位移调节，方便对可拆卸裂隙夹具11和透明裂隙模具12的组装和拆卸，其调节范围由凸型滑动杆25的长度决定；第一滑动结构和第二滑动结构在接触处均设有钢珠便于平滑移动；第一滑动结构上设有千分尺锁紧螺丝29进行固定，第二滑动结构在背部设有4个胶底锁紧螺丝27进行固定；通过上述布置，将载物台7与位移传动结构9和千分尺10组合一起，实现了开度的精确连续调节。
如图3和图5所示，载物台与可拆卸裂隙夹具分开布置，可拆卸裂隙夹具的上部圆环上底板30嵌入载物台上部上板15的圆槽中，圆环上底板30外直径和圆槽内直径相同均为16cm，载物台上部下板16内直径为15cm，通过两块载物台上部压片22将圆环上底板30固定；可拆卸裂隙夹具的下部圆环下底板42同样嵌入载物台下部上板17的圆槽中，两者直径相同均为14cm，载物台下部下板18内直径为13cm，通过两块载物台下部压片23将圆环下底板42固定。载物台下部上板17中设置定位凸块24，可拆卸裂隙夹具的圆环下底板42上设置定位凹槽38，载物台中各板内径圆尺寸满足载物台上部上板15>载物台上部下板16>载物台下部上板17>载物台下部下板18，这样可将可拆卸裂隙夹具的下部从载物台上部中间空心部分取出，实现了不调整位移传动结构即保持裂隙开度不变，对透明裂隙模具12连同可拆卸裂隙夹具11一起进行拆卸和复位，保证试验具有可重复性。
透明裂隙模具上盘35和透明裂隙模具下盘36外径均为8cm。可拆卸裂隙夹具上部包括圆环上底板30、半圆环固定夹板31和半圆环活动夹板32，两块半圆环夹板(31和32)所对应的圆环内径、圆环上底板30的内径相同均为8.1cm，略大于透明裂隙模具外径；半圆环固定夹板31通过光固化胶粘结在圆环上底板30上，半圆环活动夹板32通过夹具上部垂直锁紧螺丝34与圆环上底板30连接，半圆环固定夹板31和半圆环活动夹板32通过两个水平锁紧螺丝相连将透明裂隙模具上盘35固定在可拆卸裂隙夹具上部。可拆卸裂隙夹具下部包括透明圆形薄板37、出口溢流边界圆环板40、废液收集槽41和圆环下底板42；其中，透明裂隙模具下盘36首先通过无痕光固化胶与透明圆形薄板37粘接在一起，透明圆形薄板37外径为10.5cm，透明裂隙模具下盘36和透明圆形薄板37中心均设有5mm圆心通孔作为渗流试验的注液口；透明圆形薄板37通过3个成120°夹角的夹具下部垂直锁紧螺丝39与可拆卸裂隙夹具下部的圆环下底板42固定在一起，透明圆形薄板37与圆环下底板42之间设有止水垫片；出口溢流边界圆环板40和废液收集槽41通过光固化胶粘结于圆环下底板42上。通过上述设计使可拆卸裂隙夹具整体结构简单，灵活组装使用。
载物台7和可拆卸裂隙夹具11均为中间空心结构，从而实现对透明裂隙模具12的可视化观测。
本实施例中采用上述装置开展裂隙渗流特性的可视化研究试验方法，具体步骤如下：
步骤1：将支撑底板1和支撑杆2通过螺纹结构连接在一起，调整支撑底板水平度和支撑杆的垂直；
步骤2：如图1和图2所示，依次将支撑杆2、杆夹3、总支撑梁杆4、转接件5、转轴6、横向支撑梁杆、纵向支撑梁杆14和可伸缩脚支座8相连构成载物台支架，调节脚支座和转轴来调整载物台的水平度；
步骤3：将位移传动结构9和千分尺10按图4组装，然后分别将载物台上部下板16和载物台下部下板18与位移传动结构9通过螺丝固定，再将载物台上部上板15和载物台下部上板17通过螺丝固定在载物台上部下板16和载物台下部下板18上；最后，将载物台和位移传动结构一起固定在支撑杆架上，并检查位移传动机构与载物台之间的垂直以及载物台能否平滑移动；
步骤4：组装可拆卸裂隙夹具上部，将固定半圆环夹板31通过无痕光固化胶粘在圆环上底板30，半圆环活动夹板32通过夹具上部垂直锁紧螺丝34和两个水平锁紧螺丝33与圆环上底板30和半圆环固定夹板31连接；组装可拆卸裂隙夹具下部，首先将止水垫片、出口溢流边界圆环板40和废液收集槽41粘结在圆环下底板42上，然后将透明裂隙模具下盘36通过无痕光固化胶粘在透明圆形薄板37上，粘结时要保证透明裂隙模具下盘36和透明圆形薄板37中心5mm圆心注液口相通，透明圆形薄板37通过3个夹具下部垂直锁紧螺丝39固定在圆环下底板42；
步骤5：通过载物台上部压片22和载物台下部压片23分别将可拆卸裂隙夹具上部和下部固定，并通过外部水准仪调节透明裂隙模具下盘36的水平度；
步骤6：将透明裂隙模具上盘35置于透明裂隙模具下盘36上，松动胶底锁紧螺丝27，调节滑动杆25，将载物台上部连同可拆卸裂隙夹具上部一起移动至与透明裂隙模具上盘35接触，然后固定胶底锁紧螺丝27；然后调节夹具上部垂直锁紧螺丝34和两个水平锁紧螺丝33，将透明裂隙模具上盘35与半圆环固定夹板31、半圆环活动夹板32固定在一起，注意在固定过程中要保持透明裂隙模具上、下盘之间保持吻合接触。此时，已经完成透明裂隙模具上盘35与可拆卸裂隙夹具上部的组装，当调节开度时，透明裂隙模具上盘35会随着位移传动结构一起移动。当透明裂隙模具为平行板时，此时状态对应初始开度为0，当裂隙为粗糙裂隙时可通过光透射法测量其初始开度分布，本次记初始开度为0；
步骤7：通过转动千分尺10来实现透明裂隙模具上、下盘之间的开度调节，千分尺最大量程25mm，精度为0.01mm，根据实验需求设定不同的开度值，然后通过两个水平调节螺丝对透明裂隙模具上盘的水平度进行微调；
步骤8：通过外接管道将透明裂隙模具下盘注液口与注射泵相连，在支撑杆2上架设相机并布置在载物台上方的合适位置，调整好焦距，在载物台下部增加光源，可直接开展裂隙渗流特性研究的可视化试验，这里不进行过多描述；
步骤9：根据试验需要，如要对透明裂隙模具进行清洗，并且要保持裂隙开度不变，在对透明裂隙模具进行拆卸和复位时，可参照以下几个步骤：
(a)锁紧千分尺锁紧螺丝29，拆除载物台上部的压片22和载物台下部的压片23，将可拆卸裂隙夹具连同透明裂隙模具依次从载物台上部的中间空心结构中取出，取出时先取上部结构再取下部结构；
(b)不将可拆卸裂隙夹具取下，与透明裂隙模具一同进行清洗；
(c)将清洗后的透明裂隙模具连同可拆卸裂隙夹具依次从上部载物台的中间空心结构中放入，先后顺序与取出时相反，并根据载物台的定位凸块24和可拆卸裂隙夹具的定位凹槽38进行复位；
(d)安装固定载物台上部的压片22和载物台下部的压片23，进行下一组试验。
上述虽然结合附图对本发明的具体方案进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，其特征在于：包括支撑底板(1)、两个支撑竖杆(2)、载物台(7)、可伸缩脚支座(8)、位移传动结构(9)、千分尺(10)、可拆卸裂隙夹具(11)和透明裂隙模具(12)；
所述载物台(7)周围设有用于支撑和位移调节的杆架结构和载物台支架；
所述两个支撑竖杆(2)分别与支撑底板(1)螺纹连接；
所述载物台(7)包括上部和下部，所述载物台(7)的上部由平行重叠布置的载物台上部上板和载物台上部下板组成；所述载物台(7)的下部由平行重叠布置的载物台下部上板和载物台下部下板组成；所述载物台上部上板设有4个大尺寸通孔，使得载物台上部上板相对于载物台上部下板沿任意水平方向移动，用于透明裂隙模具(12)的上部和下部对准，载物台上部上板和载物台上部下板之间通过大尺寸垫片(19)和载物台锁紧螺丝(20)固定；载物台下部上板和载物台下部下板之间通过螺丝固定；所述载物台上部下板设有两个水平调节螺丝孔，所述两个水平调节螺丝穿过载物台上部上板和载物台上部下板后均与载物台(7)的下部接触，用以调节载物台(7)上部的水平度；所述载物台(7)的下部置于载物台支架上；
所述杆架结构包括两个杆夹(3)、总支撑梁杆(4)、转接件(5)和转轴(6)；所述两个杆夹(3)分别穿套在两个支撑竖杆(2)上；所述总支撑梁杆(4)的两端分别与两个杆夹(3)连接；所述转接件(5)置于总支撑梁杆(4)上，所述转轴(6)的一端穿过转接件(5)的中心与载物台支架的内侧边连接，所述载物台支架的外侧边与可伸缩脚支座(8)连接，用以调控载物台(7)水平度；
所述两个杆夹(3)、总支撑梁杆(4)、载物台支架和可伸缩脚支座(8)组合使用可调节载物台(7)的水平高度；所述转接件(5)、转轴(6)和载物台支架组合使用可调节载物台(7)的在水平面内2个方向移动；所述两个杆夹(3)、总支撑梁杆(4)、转接件(5)、转轴(6)、载物台支架和可伸缩脚支座(8)组合使用，从而使载物台(7)在空间三个方向上能够移动调节；
所述位移传动结构(9)由相连的第一滑动结构和第二滑动结构组成；所述第一滑动结构由用于精确控制开度的滑动板(28)和与滑动板(28)上部相连的连接套筒组成；所述滑动板(28)与载物台(7)的上部下板(16)相连；所述千分尺(10)穿套在滑动板(28)上部的连接套筒中以精确控制开度；所述第二滑动结构由滑动杆套筒(26)和置于滑动杆套筒(26)内的凸型滑动杆(25)组成，所述凸型滑动杆(25)的底部垂直固定在载物台(7)的下部下板，用于大范围位移调节，方便对可拆卸裂隙夹具(11)和透明裂隙模具(12)的组装和拆卸；所述第一滑动结构和第二滑动结构在接触处均设有钢珠便于平滑移动；所述第一滑动结构上设有千分尺锁紧螺丝(29)进行固定，第二滑动结构设有若干胶底锁紧螺丝(27)进行固定；所述载物台(7)与位移传动结构(9)和千分尺(10)组合一起实现开度的精确连续调节；
所述可拆卸裂隙夹具(11)由上部和下部组成；所述上部由圆环上底板和半圆环夹板组成，所述下部由圆环下底板和与透明圆形薄板组成；
所述可拆卸裂隙夹具(11)的上部通过螺纹结构与透明裂隙模具(12)的上盘固定连接，所述透明裂隙模具(12)的下盘首先通过无痕光固化胶与透明圆形薄板粘接，然后通过螺纹结构与可拆卸裂隙夹具(11)的下部固定连接；
所述载物台(7)的上部和下部，以及可拆卸裂隙夹具(11)的上部和下部均为中间空心的结构，所述透明裂隙模具(12)置于中间空心内从而实现对透明裂隙模具(12)的可视化观测；所述可拆卸裂隙夹具(11)通过若干压片固定在载物台(7)上；所述载物台(7)上设有定位凸块(24)，所述可拆卸裂隙夹具(11)上设有定位凹槽(38)，所述定位凸块(24)置于定位凹槽(38)中；所述载物台(7)上部的中间空心尺寸大于可拆卸裂隙夹具(11)下部的尺寸，从而使可拆卸裂隙夹具(11)上部、下部从载物台(7)上部取出，进而实现了不调整位移传动结构(9)即保持裂隙开度不变，对透明裂隙模具(12)连同可拆卸裂隙夹具(11)一起进行拆卸和复位，使试验具有可重复性。
2.根据权利要求1所述的变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，其特征在于：
所述透明裂隙模具(12)包括透明裂隙模具上盘(35)和透明裂隙模具下盘(36)；
所述可拆卸裂隙夹具(11)的上部和下部的中间空心结构均为空心圆；所述可拆卸裂隙夹具(11)上部包括圆环上底板(30)、半圆环固定夹板(31)和半圆环活动夹板(32)；所述圆环上底板(30)的内径、半圆环固定夹板(31)所对应的圆环内径和半圆环活动夹板(32)所对应的圆环内径均相同，且均大于透明裂隙模具(12)的外径；所述半圆环固定夹板(31)通过无痕光固化胶粘结在圆环上底板(30)上，半圆环活动夹板(32)通过夹具上部垂直锁紧螺丝(34)与圆环上底板(30)固定连接；所述半圆环固定夹板(31)和半圆环活动夹板(32)通过两个水平锁紧螺丝(33)相连将透明裂隙模具上盘(35)与可拆卸裂隙夹具(11)上部固定连接；
所述可拆卸裂隙夹具(11)下部包括透明圆形薄板(37)、出口溢流边界圆环板(40)、废液收集槽(41)和圆环下底板(42)；所述透明裂隙模具下盘(36)首先通过无痕光固化胶与透明圆形薄板(37)粘接固定，所述透明裂隙模具下盘(36)和透明圆形薄板(37)中心均设有圆心通孔作为渗流试验的注液口；所述透明圆形薄板(37)通过3个成120°夹角的夹具下部垂直锁紧螺丝(39)与圆环下底板(42)固定连接；所述透明圆形薄板(37)与圆环下底板(42)之间设有止水垫片；所述出口溢流边界圆环板(40)和废液收集槽(41)通过光固化胶粘结于圆环下底板(42)上；
所述若干压片包括两块上部压片(22)和两块下部压片(23)；所述可拆卸裂隙夹具(11)的上部通过上部压片(22)与载物台(7)的上部固定连接；所述可拆卸裂隙夹具(11)的下部通过下部压片(23)与载物台(7)的下部固定连接，从而实现裂隙模型的可拆卸、开度可连续调节。
3.根据权利要求1或2所述的变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，其特征在于：
所述载物台支架是由两根横向支撑梁杆和两根纵向支撑梁杆(14)组成的整体结构；其中内侧横向支撑梁杆(13a)和两根纵向支撑梁杆(14)均为跑道型中空结构，带垫片螺丝穿过中空结构将内侧横向支撑梁杆(13a)和两根纵向支撑梁杆(14)固定连接；所述载物台下部下板(18)的4个角和外侧横向支撑梁杆(13b)的两侧均设有孔中心间距相同的螺纹孔，所述外侧横向支撑梁杆(13b)用于固定两根纵向支撑梁杆(14)之间的距离，使载物台下部下板(18)通过中空结构固定在两根纵向支撑梁杆(14)上；所述外侧横向支撑梁杆(13b)中间设有螺纹孔与可伸缩脚支座(8)连接，用以调控载物台(7)及载物台支架的水平度，防止侧倾。
4.根据权利要求1或2所述的变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，其特征在于：
所述滑动板(28)外侧设有4个螺纹孔，其中底部两个螺纹孔与载物台上部下板(16)相连；所述千分尺(10)穿套在滑动板(28)上部的连接套筒中，千分尺(10)的下部抵在滑动板(28)的内侧板上端面，转动千分尺(10)使滑动板(28)产生相对位移，从而带动载物台(7)的上部进行上、下移动，用于精确控制开度；所述凸型滑动杆(25)、滑动杆套筒(26)和滑动板(28)之间平行布置；所述滑动杆套筒(26)与滑动板(28)的内侧板固定连接，所述凸型滑动杆(25)的底部垂直固定在载物台的下部下板(18)上；所述滑动杆套筒(26)能与第一滑动结构和载物台(7)的上部一起发生滑动，用于大范围位移调节，方便对可拆卸裂隙夹具(11)和透明裂隙模具(12)的组装和拆卸，其调节范围由凸型滑动杆(25)的长度决定；所述千分尺锁紧螺丝(29)装置于滑动板(28)的侧部；所述胶底锁紧螺丝(27)设有4个，且均装置于滑动杆套筒(26)的背部。
5.根据权利要求3所述的变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，其特征在于：
所述滑动板(28)外侧设有4个螺纹孔，其中底部两个螺纹孔与载物台上部下板(16)相连；所述千分尺(10)穿套在滑动板(28)上部的连接套筒中，千分尺(10)的下部抵在滑动板(28)的内侧板上端面，转动千分尺(10)使滑动板(28)产生相对位移，从而带动载物台(7)的上部进行上、下移动，用于精确控制开度；所述凸型滑动杆(25)、滑动杆套筒(26)和滑动板(28)之间平行布置；所述滑动杆套筒(26)与滑动板(28)的内侧板固定连接，所述凸型滑动杆(25)的底部垂直固定在载物台的下部下板(18)上；所述滑动杆套筒(26)能与第一滑动结构和载物台(7)的上部一起发生滑动，用于大范围位移调节，方便对可拆卸裂隙夹具(11)和透明裂隙模具(12)的组装和拆卸，其调节范围由凸型滑动杆(25)的长度决定；所述千分尺锁紧螺丝(29)装置于滑动板(28)的侧部；所述胶底锁紧螺丝(27)设有4个，且均装置于滑动杆套筒(26)的背部。
6.根据权利要求5所述的变开度可拆卸的仿真裂隙试验装置，其特征在于：
所述载物台(7)的上部和下部的中间空心结构均为空心圆；所述圆环上底板(30)嵌入载物台上部上板(15)的圆槽中，通过载物台上部压片(22)将圆环上底板(30)固定；所述圆环下底板(42)同样嵌入载物台下部上板(17)的圆槽中，通过载物台下部压片(23)将圆环下底板(42)固定；所述定位凸块(24)装置于载物台下部上板(17)中；所述定位凹槽(38)开设于圆环下底板(42)上；所述载物台上部上板(15)、载物台上部下板(16)、载物台下部上板(17)和载物台下部下板(18)中内径圆尺寸分别为a、b、c和d，其中a>b>c>d。
7.一种利用如权利要求1或2所述装置开展裂隙渗流特性的可视化研究试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将支撑底板和支撑竖杆通过螺纹结构连接在一起，调整支撑底板水平度和支撑竖杆的垂直；
2)安装载物台的支撑杆架，调节脚支座和转轴来调整载物台及支架的水平度；
3)安装载物台、位移传动结构和千分尺，并保证位移传动机构与载物台之间的垂直，检查载物台能否平滑移动；
4)组装可拆卸裂隙夹具上、下部，并将透明裂隙模具下盘通过无痕光固化胶粘在透明圆形薄板上，通过螺丝再将透明圆形薄板固定在可拆卸裂隙夹具下部的圆环下底板上；
5)固定可拆卸裂隙夹具和透明裂隙模具下盘，将上、下部的可拆卸裂隙夹具通过压片固定在载物台上，并再次调整透明裂隙模具下盘的水平度；
6)固定透明裂隙模具上盘，将透明裂隙模具上盘置于透明裂隙模具下盘上，通过调整大位移滑动结构，将上部载物台连同可拆卸裂隙夹具上部一起移动至与透明裂隙模具上盘接触，并通过锁紧螺丝固定在一起，固定过程中保持上、下盘透明裂隙模具之间保持吻合接触，此时记裂隙的初始开度为0；
7)通过转动千分尺来实现透明裂隙模具上、下盘之间的开度调节，根据实验需求设定不同的开度值，并通过两个水平调节螺丝对透明裂隙模具上盘的水平度进行微调；
8)通过外接管道将透明裂隙模具下盘注液口与注射泵相连，在支撑杆上架设相机并布置在载物台上方的合适位置，调整好焦距，在下部增加光源，可直接开展裂隙渗流特性研究的可视化试验；
9)根据试验需要，如要对透明裂隙模具进行清洗，并且要保持裂隙开度不变，在对透明裂隙模具进行拆卸和复位时，具体步骤如下：
(a)锁紧千分尺锁紧螺丝，拆除载物台的压片，将可拆卸裂隙夹具连同透明裂隙模具依次从上部载物台的中间空心结构中取出，取出时先取上部结构再取下部结构；
(b)不将可拆卸裂隙夹具取下，与透明裂隙模具一同进行清洗；
(c)将清洗后的透明裂隙模具连同可拆卸裂隙夹具依次从上部载物台的中间空心结构中放入，先后顺序与取出时相反，并根据载物台的定位凸块和可拆卸裂隙夹具的定位凹槽进行复位；
(d)安装固定载物台上部和下部的压片，进行下一组试验。
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