一种基于3D打印技术的渗流试验装置

一种基于3d打印技术的渗流试验装置
技术领域
1.本实用新型涉及岩土工程室内试验技术领域，更具体的说是涉及一种基于3d打印技术的渗流试验装置。


背景技术：

2.裂隙试样的流动和传输特性是岩体地下水渗流研究的基本科学问题之一，与诸多能源和环境工程密切相关。在漫长的地质作用过程中，天然岩体受到复杂的应力条件、水文环境以及工程活动等因素影响，内部普遍发育这大量不同尺度的宏细观裂隙。通常完整岩块的渗透系数相当小，裂隙为地下水运动提供了主要的通道，因此岩体的渗流特性主要取决于裂隙的相关特性。由于裂隙试样几何特征(裂隙面粗糙程度及隙宽等)的非均质性，其间的地下水流动往往表现出强烈的非均质性、非线性。因此，深入研究裂隙试样的粗糙度、起伏度及裂隙宽度等因素对粗糙裂隙试样渗流特性的影响规律，对于推动岩石力学和水文地质学科的发展具有重要的理论意义，对于解决能源和环境工程中的关键技术问题具有重要的应用价值。
3.但是，目前已有的渗流试验装置一般由三部分组成：裂隙试样、注水口和出水口。为防止渗漏的问题，一般是将裂隙试样一体打印成型(其中裂隙试样包括上半部分裂隙、下半部分裂隙以及左右两侧的封挡)，通过一体打印成型的裂隙试样，一次只能探究裂隙试样一个方向的渗流特性，也就是说目前通过3d打印技术制作的渗流模型大都为一体化模型，与渗流试验装置形成一体，只能研究一个方向上裂隙试样的粗糙程度、起伏程度及裂隙宽度等因素对粗糙裂隙试样渗流特性的影响规律，如果要研究其他方向上或者不同尺寸的裂隙试样的因素对渗流特性的影响则需重新打印新的3d渗流模型，制造成本高。
4.因此，提供一种能够对同一裂隙试样进行多个方向的渗流试验及可适应多中裂隙尺寸的试验装置，即基于3d打印技术的渗流试验装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种基于3d打印技术的渗流试验装置，可以针对同一裂隙试样进行多个方向的渗流试验，并且能适应不同裂隙试样尺寸，降低试验成本。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种基于3d打印技术的渗流试验装置，包括
8.底板，所述底板沿长度方向的两侧均具有多个第一通孔；
9.第一挡水条和第二挡水条，所述第一挡水条和所述第二挡水条分别设置在所述底板沿宽度方向的两侧；
10.第一压板和第二压板，所述第一压板和所述第二压板分别对称设置在所述底板沿长度方向的两侧，并且位于所述第一挡水条内侧；
11.进水榫块，所述进水榫块的两侧分别压合在所述第一压板和所述第二压板的一端部，并且所述进水榫块具有与所述第一挡水条相对应的凹槽；所述第一挡水条粘合在所述
凹槽内；
12.出水榫块，所述出水榫块的两侧分别压合在所述第一压板和所述第二压板的另一端部，并且所述出水榫块具有与所述第二挡水条相对应的导轨；所述第二挡水条与所述导轨滑动连接；
13.盖板，所述盖板沿长度方向的两侧均具有与所述第一通孔相对应的第二通孔；所述盖板盖合在所述进水榫块和所述出水榫块的上部，所述第一通孔和所述第二通孔通过螺栓紧固连接。
14.通过采取以上方案，本实用新型的有益效果是：
15.第一挡水条、第二挡水条、第一压板、第二压板、进水榫块和出水榫块之间组成一个密封边框，裂隙试样放置在底板上，可以在形成的边框内进行旋转，也可以将不同尺寸的裂隙试样放置在该边框内进行渗流试验，这样在研究同一裂隙试样其他方向或者不同尺寸的裂隙试样的因素对渗流特性的影响就不需要重新打印裂隙试样，可以减少制造成本。
16.进一步的，还包括第一硅胶垫和第二硅胶垫，所述第一硅胶垫和所述第二硅胶垫分别沿着所述第一压板和所述第二压板的内壁放置。
17.采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，实现密封，防止渗水。
18.进一步的，所述进水榫块的上部具有第一测压孔；所述进水榫块的外侧表面具有两个间隔分布的注水孔，并且两个所述注水孔靠近所述进水榫块的上表面；所述盖板上开设有与所述第一测压孔相对应的第三通孔。
19.进一步的，所述出水榫块的外侧表面具有两个间隔分布的出水孔；在两个所述出水孔之间具有第二测压孔。
20.进一步的，两个所述注水孔的间距与两个所述出水孔的间距相同。
21.进一步的，所述进水榫块的纵截面为梯形。
22.采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，可以防止水流容易在直角处产生涡流，使水流在进入裂隙试样时更加平缓。
23.进一步的，所述第一挡水条呈u型；所述第二挡水条呈长方形。
24.进一步的，所述第一通孔的数量为14个，包括6个进水端通孔、6个出水端通孔和2个中间通孔；6个所述进水端通孔分别对称设置在所述进水榫块的两侧；6个所述出水端通孔分别对称设置在所述出水榫块的两侧；2个中间通孔分别对称设置在所述第一压板和所述第二压板的外侧。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1附图为本实用新型提供的一种基于3d打印技术的渗流试验装置的结构示意图；
27.图2附图为本实用新型提供的除去盖板的一种基于3d打印技术的渗流试验装置的结构示意图；
28.图3附图为本实用新型提供的底板的结构示意图；
29.图4附图为本实用新型提供的进水榫块的结构示意图；
30.图5附图为本实用新型提供的进水榫块的背面轴侧图；
31.图6附图为本实用新型提供的出水榫块的结构示意图；
32.图7附图为本实用新型提供的出水榫块的背面轴侧图；
33.图8附图为本实用新型提供的裂隙试样的结构示意图；
34.图9附图为本实用新型提供的渗流试验系统的结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.如图1
‑
8所示，本实用新型实施例公开了一种基于3d打印技术的渗流试验装置，包括
37.底板1，底板1沿长度方向的两侧均具有多个第一通孔11；
38.第一挡水条2和第二挡水条3，第一挡水条2和第二挡水条3分别设置在底板1沿宽度方向的两侧；
39.第一压板4和第二压板5，第一压板4和第二压板5分别对称设置在底板1沿长度方向的两侧，并且位于第一挡水条2内侧；
40.进水榫块6，进水榫块6的两侧分别压合在第一压板4和第二压板5的一端部，并且进水榫块6具有与第一挡水条2相对应的凹槽61；第一挡水条2粘合在凹槽61内；
41.出水榫块7，出水榫块7的两侧分别压合在第一压板4和第二压板5的另一端部，并且出水榫块7具有与第二挡水条3相对应的导轨71；第二挡水条3与导轨71滑动连接；
42.盖板8，盖板8沿长度方向的两侧均具有与第一通孔11相对应的第二通孔81；盖板8盖合在进水榫块6和出水榫块7的上部，第一通孔11和第二通孔81通过螺栓紧固连接。
43.本实用新型的第一挡水条2、第二挡水条3、第一压板4、第二压板5、进水榫块6和出水榫块7之间组成一个密封边框，裂隙试样放置在底板1上，可以在形成的边框内进行旋转(即进行90
°
、180
°
、270
°
以及360
°
这四个角度旋转)，也可以将不同尺寸的裂隙试样放置在该边框内进行试验，这样在研究其他方向上或者不同尺寸的裂隙试样的因素对渗流特性的影响就不需要重新打印裂隙试样，可以减少制造成本。
44.具体的，还包括第一硅胶垫9和第二硅胶垫10，第一硅胶垫9和第二硅胶垫10分别沿着第一压板4和第二压板5的内壁放置。
45.具体的，进水榫块6的上部具有第一测压孔62；进水榫块6的外侧表面具有两个间隔分布的注水孔63，并且两个注水孔63靠近进水榫块6的上表面；盖板8上开设有与第一测压孔62相对应的第三通孔。
46.具体的，出水榫块7的外侧表面具有两个间隔分布的出水孔72；在两个出水孔72之间具有第二测压孔73。
47.具体的，两个注水孔63的间距与两个出水孔72的间距相同。
48.具体的，进水榫块6的纵截面为梯形。
49.具体的，第一挡水条2呈u型；第二挡水条3呈长方形。
50.具体的，第一通孔11的数量为14个，包括6个进水端通孔、6个出水端通孔和2个中间通孔；6个进水端通孔分别对称设置在进水榫块6的两侧；6个出水端通孔分别对称设置在出水榫块7的两侧；2个中间通孔分别对称设置在第一压板4和第二压板5的外侧。
51.如图9所示，本实用新型一种基于3d打印技术的渗流试验装置的试验方法，包括以下步骤：
52.1)将注水孔63通过玻璃导管12与微流量注射泵13上的注射器14连接，出水孔72通过玻璃导管12放置在电子秤15上的量筒16连接，将3d打印而成的裂隙试样放置在第一硅胶垫9和第二硅胶垫10之间的底板1上，将盖板8通过螺栓紧固在底板1上，然后在渗流试验装置上方放置高速摄像机17，高速摄像机17连接图像采集系统18，注水孔63和出水孔72连接压力传感器并连接至压力采集系统19，渗流试验开始前，先检查整个渗流试验装置的密封性；
53.2)打开微流量注射泵13，根据试验需求确定所需流速的大小，水流通过玻璃导管12后，通过压力传感器测量第一测压孔62及第二测压孔73处的压力，用于探究同一裂隙面粗糙程度下流速与与压差之间的关系；
54.3)更换不同粗糙程度的裂隙试样20或改变裂隙试样的裂隙宽度，重复以上步骤，探究不同粗糙度和不同裂隙宽度对渗流试验的影响；拿出裂隙试样20并旋转方向，探究同个裂隙试样不同方向上渗流特性的差异。
55.本实用新型裂隙试样20是可分离的放置在第一硅胶垫9与第二硅胶垫10之间，并不是常见渗流试验的一体化，裂隙试样20与试验装置分离后，将裂隙试样20旋转方向，可以针对同一裂隙试样探究不同方向下的渗流特性。
56.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
57.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。