【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水利工程及巖土工程，特別是一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性的測(cè)試方法。
技術(shù)介紹
1、堆積層滑坡是庫(kù)區(qū)最常見的一種滑坡類型，土-巖界面在降雨、庫(kù)水位變化的作用下為水的運(yùn)移提供了良好的滲流通道，是堆積體邊坡發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)的關(guān)鍵部位。土-巖界面是由巖石和土體組成，其滲流主要涉及巖石邊壁滲流與土體孔隙滲流耦合的過程，土體自身滲透性與土-巖界面的滲透性相差不大，水既會(huì)沿著土-巖接觸面滲流也會(huì)在土體內(nèi)部孔隙中發(fā)生運(yùn)移，使土-巖界面表現(xiàn)出復(fù)雜多變的滲流特性。
2、現(xiàn)有的巖土內(nèi)部滲流觀測(cè)方法主要分為介入式和非介入式兩大類。介入式方法通常包括預(yù)埋壓力傳感器和濕度傳感器等，這些傳感器通過直接植入巖土內(nèi)部來獲取數(shù)據(jù)。然而，這種方法可能會(huì)對(duì)巖土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的擾動(dòng)，進(jìn)而影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。非介入式測(cè)量技術(shù)，如ct掃描、核磁共振（nmr）和x射線成像等，通過非破壞性的手段揭示巖土的內(nèi)部微細(xì)觀孔隙結(jié)構(gòu)和水流狀態(tài)，能夠在不擾動(dòng)試樣的情況下獲得高分辨率的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，提供巖土內(nèi)部水分分布和孔隙結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。然而，這類方法較難實(shí)現(xiàn)滲流過程的連續(xù)追蹤和實(shí)時(shí)觀測(cè)，使得在捕捉和分析滲流現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)演變過程時(shí)，這類方法的應(yīng)用受到限制。
3、針對(duì)巖土介質(zhì)這類復(fù)雜且不均勻的材料，亟需發(fā)展一種能夠進(jìn)行可視化和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)手段，直接用于巖土滲流行為的深入研究，幫助更全面地理解和描述滲流現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和機(jī)理，為解決巖土工程中的復(fù)雜滲流問題提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服上述不足，提供一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性的測(cè)試方法，以獲得更直觀地觀測(cè)土-巖界面滲流的濕潤(rùn)峰實(shí)時(shí)推進(jìn)過程，獲取土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，為分析研究土-巖界面滲流行為提供有力的技術(shù)支持。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，它包括以下步驟：
3、步驟1）：設(shè)計(jì)土-巖界面接觸滲流可視化試驗(yàn)系統(tǒng)，開展可視化試驗(yàn)，獲取土-巖界面滲流濕潤(rùn)峰的推進(jìn)過程；
4、步驟2）：構(gòu)建土-巖界面接觸滲流模型，計(jì)算耦合過程中的模型參數(shù)；
5、步驟3）：計(jì)算土-巖界面表觀滲透率。
6、優(yōu)選地，所述步驟1）具體包括以下步驟：
7、步驟1.1）：構(gòu)建土-巖界面接觸滲流可視化試驗(yàn)系統(tǒng)；
8、步驟1.2）：開展土-巖界面接觸滲流可視化試驗(yàn)，采用ccd相機(jī)拍攝滲流過程；
9、步驟1.3）：采用matlab圖像采集工具，獲取各時(shí)刻土-巖界面滲流濕潤(rùn)鋒形態(tài)圖。
10、更為優(yōu)選地，所述步驟1.1）中構(gòu)建的土-巖界面接觸滲流可視化試驗(yàn)系統(tǒng)包括滲流主體試驗(yàn)裝置和圖像采集裝置，所述滲流主體試驗(yàn)裝置包括模型箱，所述模型箱一側(cè)與進(jìn)口管路連接，另一側(cè)與出口管路連接，所述進(jìn)口管路上依次設(shè)有水箱、水泵和測(cè)壓管，所述出口管路末端設(shè)置收集燒杯，收集燒杯設(shè)于電子天平上，所述水泵和直流電源連接，所述圖像采集裝置包括計(jì)算機(jī)和設(shè)于模型箱正面的ccd相機(jī)。
11、更為優(yōu)選地，所述模型箱包括依次組合在一起的緩流室、滲流室和集液室，在緩流室一側(cè)設(shè)置進(jìn)水口，在集液室一側(cè)設(shè)置出水口，在緩流室與滲流室間設(shè)有臺(tái)階，連接處留有縫隙，在滲流室與集液室之間設(shè)有多孔隔板和跌坎，在多孔隔板上附有一層過濾網(wǎng)。
12、更為優(yōu)選地，所述步驟1.2）具體為：
13、試驗(yàn)準(zhǔn)備：布置好試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備，準(zhǔn)備不同粒徑透明土材料和有機(jī)玻璃板，制備土-巖界面試樣，裝填試樣，進(jìn)行密封處理；
14、開始滲流：打開直流電源，調(diào)整電壓，控制流量，打開水泵，水箱中的液體通過水泵從進(jìn)水口進(jìn)入模型箱左側(cè)的緩流室中，穿過縫隙入滲進(jìn)滲流室中，入滲完后通過多孔隔板進(jìn)入集液室中，最后通過出水口流出進(jìn)入收集燒杯中；
15、數(shù)據(jù)收集：滲流穩(wěn)定后記錄測(cè)壓管水頭值，采用電子天平獲得的重量變化數(shù)據(jù)測(cè)定通過土-巖界面的流量，采用正面ccd相機(jī)拍攝各時(shí)刻土-巖界面滲流濕潤(rùn)鋒的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，并將結(jié)果反饋到計(jì)算機(jī)上；
16、試驗(yàn)結(jié)束：整理收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，做好相關(guān)試驗(yàn)記錄，清理試驗(yàn)場(chǎng)地。
17、更為優(yōu)選地，所述步驟1.3）具體為：
18、步驟1.3.1）：篩分圖像，在滲流時(shí)間段內(nèi)，間隔相同時(shí)段選取圖像；
19、步驟1.3.2）：利用matlab軟件識(shí)別圖像不同色域深淺處的rgb值，彩色圖像的滲流狀態(tài)數(shù)值化標(biāo)定為2個(gè)區(qū)域；
20、步驟1.3.3）：將彩色原圖的色域值歸一化為灰度值；
21、步驟1.3.4）：通過灰度直方圖，利用公式：ⅰ=灰度值/255轉(zhuǎn)化，將滲流區(qū)域進(jìn)行精確劃分；
22、步驟1.3.5）：臨界ⅰ值歸一簡(jiǎn)化分區(qū)后，處理得到黑白高亮二值化圖像；
23、步驟1.3.6）：采用二次圖層疊加渲染處理圖像。
24、優(yōu)選地，所述步驟2）具體為：
25、步驟2.1）確定水在巖石邊壁等效滲流層中的濕潤(rùn)峰入滲距離與入滲時(shí)間的關(guān)系；
26、步驟2.2）計(jì)算土體孔隙滲流層厚度與巖石邊壁等效滲流層厚度。
27、更為優(yōu)選地，所述步驟2.1）具體為：
28、時(shí)水在巖石邊壁等效滲流層中的濕潤(rùn)峰入滲距離與入滲時(shí)間的關(guān)系為：
29、；
30、時(shí)水在巖石邊壁等效滲流層中的濕潤(rùn)峰入滲距離與入滲時(shí)間的關(guān)系為：
31、；
32、時(shí)水在巖石邊壁等效滲流層中的濕潤(rùn)峰入滲距離與入滲時(shí)間的關(guān)系為：
33、；
34、式中：為初始入滲速度，為水向土體孔隙滲流層開始發(fā)生入滲現(xiàn)象的時(shí)刻，為在厚度為的土體孔隙滲流層擴(kuò)散所需的時(shí)間。
35、更為優(yōu)選地，所述步驟2.2）具體為：
36、水向土體孔隙滲流層開始發(fā)生入滲現(xiàn)象的時(shí)刻與巖石邊壁等效滲流層厚度的關(guān)系為：
37、；
38、在厚度為的土體孔隙滲流層擴(kuò)散所需的時(shí)間與土體孔隙滲流層厚度的關(guān)系為：
39、；
40、式中：為土體孔隙滲流層的擴(kuò)散系數(shù)，為巖石邊壁等效滲流層的飽和度，為土體孔隙率，為土體孔隙滲流層的初始飽和度。
41、優(yōu)選地，所述步驟3）具體為：由巖石邊壁等效滲流層和土體孔隙滲流層的滲透率計(jì)算得到土-巖界面表觀滲透率為：
42、；
43、式中：為巖石邊壁等效滲流層的滲透率，為土體的滲透率，為土層厚度，為巖石邊壁等效滲流層厚度，為土體孔隙滲流層厚度。
44、本專利技術(shù)有益效果：
45、1）克服了巖土介質(zhì)非透明問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土-巖界面內(nèi)部水流狀態(tài)進(jìn)行直觀可視化觀測(cè)，能夠獲取土-巖界面內(nèi)部連續(xù)完整的水流運(yùn)動(dòng)過程，可以獲得更直觀地觀測(cè)土-巖界面滲流的濕潤(rùn)峰實(shí)時(shí)推進(jìn)過程；
46、2）通過土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：它包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟1）具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟1.1）中構(gòu)建的土-巖界面接觸滲流可視化試驗(yàn)系統(tǒng)包括滲流主體試驗(yàn)裝置和圖像采集裝置，所述滲流主體試驗(yàn)裝置包括模型箱，所述模型箱一側(cè)與進(jìn)口管路連接，另一側(cè)與出口管路連接，所述進(jìn)口管路上依次設(shè)有水箱（9）、水泵（8）和測(cè)壓管（10），所述出口管路末端設(shè)置收集燒杯（13），收集燒杯（13）設(shè)于電子天平（15）上，所述水泵（8）和直流電源（14）連接，所述圖像采集裝置包括計(jì)算機(jī)（11）和設(shè)于模型箱正面的CCD相機(jī)（12）。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述模型箱包括依次組合在一起的緩流室（1）、滲流室（2）和集液室（3），在緩流室（1）一側(cè)設(shè)置進(jìn)水口（4），在集液室（3）一
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合過程測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟1.2）具體為：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟1.3）具體為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟2）具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟2.1）具體為：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟2.2）具體為：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟3）具體為：由巖石邊壁等效滲流層和土體孔隙滲流層的滲透率計(jì)算得到土-巖界面表觀滲透率為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：它包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟1）具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述步驟1.1）中構(gòu)建的土-巖界面接觸滲流可視化試驗(yàn)系統(tǒng)包括滲流主體試驗(yàn)裝置和圖像采集裝置，所述滲流主體試驗(yàn)裝置包括模型箱，所述模型箱一側(cè)與進(jìn)口管路連接，另一側(cè)與出口管路連接，所述進(jìn)口管路上依次設(shè)有水箱（9）、水泵（8）和測(cè)壓管（10），所述出口管路末端設(shè)置收集燒杯（13），收集燒杯（13）設(shè)于電子天平（15）上，所述水泵（8）和直流電源（14）連接，所述圖像采集裝置包括計(jì)算機(jī)（11）和設(shè)于模型箱正面的ccd相機(jī)（12）。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種土-巖界面土體孔隙滲流與巖石邊壁滲流耦合特性測(cè)試方法，其特征在于：所述模型箱包括依次組合在一起的緩流室（1）、滲流室（2）和集液室（3），在緩流室（1）一側(cè)設(shè)置進(jìn)水口（4），在集液室（3）一側(cè)設(shè)置出水口（5），在...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李彪，葉梓瑞，劉暢，劉健，賀天潔，黃博文，彭筱，王明鑫，朱子希，鄒子恒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：三峽大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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