[0001] 本发明涉及岩石侵蚀实验领域，具体而言，涉及一种岩石裂隙应力侵蚀‑渗流的荧光成像实验装置及方法。

[0002] 在地质和岩石力学研究中，岩石裂隙内的流体渗流及应力腐蚀过程对岩石的物理性质和结构演化具有重要影响。传统上，研究这些现象的主要方法是使用CT(计算机断层扫描)和X射线成像技术。这些技术能够提供高分辨率的三维图像，用于定量分析岩石样本的内部结构变化。然而，CT和X射线成像技术存在显著的局限性，如设备成本高、扫描时间长、辐射剂量问题，以及无法实时捕捉动态侵蚀过程。此外，这些方法通常用于静态成像，难以展现岩石裂隙在应力腐蚀及流体渗流作用下的瞬时和持续变化。

[0003] 微流体技术近年来在模拟微观尺度下的流体行为方面取得了显著进展，通过精确控制流体流动，可以模拟岩石侵蚀过程中的流体渗透、溶解与颗粒运移。这些实验通常结合荧光显微成像技术，能够实时观测和记录微尺度下的流体动态行为。然而，微流体系统主要适用于小尺度实验，在研究大尺度地质过程时存在一定的局限性。此外，微流体实验装置的设计和操作复杂，难以保证实验结果的广泛适用性和可重复性。

[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0036] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 发明人在分析现有技术时发现：在地质学和岩石研究方面，CT技术被广泛用于地质学中对岩石样本的非破坏性成像和三维重建。它可以提供岩石内部结构的详细信息，包括孔隙结构、裂隙分布和密度变化等。一些研究使用CT扫描来量化岩石样本在侵蚀和风化过程中的变化。通过比较不同时间点的CT图像，可以分析岩石内部的物理和化学变化。

[0038] 但是CT技术也存在一些缺陷：设备的购买和维护成本较高，这使得它在大规模和长期监测侵蚀过程方面的应用受到限制。尽管现代CT设备速度有所提升，但它仍然需要较长的扫描时间来获取高质量的三维图像。这限制了它在实时或快速动态过程的应用。CT成像在高分辨率和深部成像方面存在一定限制，尤其是对于微观尺度的侵蚀过程，可能需要更高的空间分辨率和灵敏度，以捕捉细微的岩石内部变化。CT扫描是一种静态成像技术，通常用于获取静态岩石样本的快照。它不适用于实时监测动态侵蚀过程中的瞬时变化和持续发展。

[0039] 微流体实验技术，是一种专注于微小尺度下流体行为研究的先进技术。它利用微型通道和微流体设备，能够模拟和研究各种流体过程，包括岩石侵蚀过程。微流体实验室通常包括微型通道芯片，这些芯片由玻璃或聚合物制成，具有精确的微观结构，能够精确控制流体的流动。这些通道可以模拟各种流体动力学过程。微流体技术专门研究流体在微观尺度下的行为，如毛细管现象、表面张力、流变性质以及液体与固体界面的相互作用，这些都是理解岩石侵蚀过程中流体相互作用的关键因素。微流体技术能够模拟岩石侵蚀过程中的流体渗透、溶解和颗粒运移等过程。通过调节流速、溶液浓度和温度等参数，可以探索不同侵蚀条件下岩石的反应。微流体实验通常结合高分辨率成像技术，如显微镜和荧光成像，实时观察和记录微通道内流体的动态行为，从而捕捉侵蚀过程中微观变化和反应动态。

[0040] 但是尽管微流体可以模拟微观尺度的流体行为，但在尺度上可能难以直接转化到大尺度的地质过程中。且设计和操作微流体实验系统需要精确的控制和标定，以确保实验结果的准确性和可重复性。

[0041] 石膏、方解石、氯化钠窗片是在科学和工程实验中常用的光学材料。这些窗片常被用作光学系统中的窗口，用于传输和控制光学信号。在红外和可见光谱学中，这些材料被广泛应用于样品分析和光谱测试中，利用它们的透明性和化学稳定性进行数据收集和分析。另外方解石和石膏窗片常用于光学显微镜下的样品观察和分析，为研究者提供清晰的视野。

[0042] 但是这些窗片通常相对脆弱，容易在处理过程中发生磨损或者破损，特别是在需要频繁操作的实验环境中。在湿润或高湿度条件下，特别是对氯化钠窗片而言，其稳定性较差，可能会导致溶解或变形，从而影响其光学性能和实验结果的准确性。受光学特性限制，方解石等晶体在特定的波长范围内可能表现出双折射或其他光学效应，这些效应可能会影响光学成像和数据解析的精度和准确性。

[0043] 因此，现在没有任何一种实验装置用于真实岩石的侵蚀过程的快速可视化成像装置及实验方法，传统真实岩样的侵蚀过程是通过CT，X光等技术进行量化的，设备成本高，扫描时间长，无法实时捕捉真实岩石的侵蚀过程。

[0044] 实施例

[0045] 参照图1‑图2，本实施例提供一种岩石裂隙应力侵蚀‑渗流的荧光成像实验装置，包括：

[0046] 加载组件，加载组件包括升降底座11、加载平台12和透明玻璃窗13，加载平台12升降连接于升降底座11顶部，透明玻璃窗13固定于升降底座11并位于加载平台12上方；

[0047] 岩石裂隙模型2，岩石裂隙模型2置于加载平台12顶部，岩石裂隙模型2的一端开设有溶液入口232，岩石裂隙模型2的另一端开设有溶液出口233；

[0048] 溶液注入组件，溶液注入组件包括注液瓶31和废液瓶32，注液瓶31与溶液入口232连通，废液瓶32与溶液出口233连通；其中，注液瓶31内装有含荧光溶液的反应液；

[0049] 荧光成像组件，荧光成像组件包括滤光片41、二向色镜42和蓝光光源43，二向色镜42和滤光片41由下至上依次间隔设于透明玻璃窗13的上方；蓝光光源43设于二向色镜42的一侧，二向色镜42朝向蓝光光源43一侧倾斜设置，二向色镜42用于将蓝光光源43发射的蓝光反射至岩石裂隙模型2；

[0050] 图像记录组件，图像记录组件设于滤光片41的上方，图像记录组件用于采集并记录由岩石裂隙模型2反射的荧光图像。

[0051] 下面，将对本示例性实施例一种岩石裂隙应力侵蚀‑渗流的荧光成像实验装置作进一步说明。

[0052] 在本申请的一些实施例中，上述加载组件包括升降底座11、加载平台12和透明玻璃窗13，加载平台12升降连接于升降底座11顶部，岩石裂隙模型2置于加载平台12顶部，通过加载平台12的升降带动岩石裂隙模型2升降，透明玻璃窗13通过多个立柱131固定于升降底座11并位于加载平台12上方，加载平台12与透明玻璃窗13共同对岩石裂隙模型2施加压力。具体地，当加载平台12带动岩石裂隙模型2上升至透明玻璃窗13并与其抵接时，对透明玻璃窗13产生压力，由于透明玻璃窗13固定不动，透明玻璃窗13则对岩石裂隙模型2以及加载平台12施加反作用力，当加载平台12上升至一定位置固定不动时，则对岩石裂隙模型2形成持续性应力加持。

[0053] 作为一种较优的实施方式，上述升降底座11内设有驱动件和控制器，加载平台12与驱动件连接，驱动件用于驱动加载平台12升降；控制器与驱动件电性连接。上述驱动件可以是气缸或电缸等可伸缩结构件，通过控制器控制其升降，进而控制加载平台12的升降。

[0054] 作为一种较优的实施方式，上述升降底座11顶部设有压力传感器14，且压力传感器14对应位于加载平台12底部，压力传感器14与控制器电性连接。上述压力传感器14用于检测岩石裂隙模型2以及加载平台12受到的反向作用力，通过压力传感器14检测压力值，当压力值达到目标压力值，加载平台12停止上升，将其固定于该压力值对应的高度，实现对岩石裂隙模型2的持续性应力侵蚀过程。

[0055] 在本申请的一些实施例中，上述岩石裂隙模型2的一端开设有溶液入口232，岩石裂隙模型2的另一端开设有溶液出口233。上述溶液注入组件包括注液瓶31和废液瓶32，注液瓶31与溶液入口232连通，废液瓶32与溶液出口233连通；其中，注液瓶31内装有含荧光溶液的反应液。通过溶液入口232将反应液通入岩石裂隙模型2内，通过溶液出口233将岩石裂隙模型2内的反应液排出至废液瓶32，实现反应液的循环流动，进而实现岩石裂隙模型2内部反应液液的持续性渗流过程。

[0056] 作为一种较优的实施方式，上述溶液注入组件还包括蠕动泵33和孔隙水压力传感器34，蠕动泵33和孔隙水压力传感器34依次设于注液瓶31和溶液入口232之间；其中，注液瓶31、蠕动泵33、孔隙水压力传感器34和溶液入口232通过注液管连接，废液瓶32和溶液出口233通过废液管连接。包含荧光溶液的反应液由蠕动泵33和配套管路注入岩石裂隙模型2发生渗流侵蚀反应，随后进入废液瓶32，实施时通过孔隙水压力传感器34可观测并记录注入水压力变化情况，还能根据水流压力反馈调节水流速度，模拟真实渗流侵蚀现象。

[0057] 作为一种较优的实施方式，上述岩石裂隙模型2包括亚克力腔体23、真实岩石22和透明的模拟岩石21，亚克力腔体23设有两个，两个亚克力腔体23相对设置，亚克力腔体23内开设有填充腔231，填充腔231用于将进入或排出的反应液进行预先填充；溶液入口232和溶液出口233分别开设于两个亚克力腔体23相背的一侧，两个亚克力腔体23相对的一侧开口；真实岩石22和模拟岩石21设于两个亚克力腔体23之间。真实岩石22顶部具有下裂隙面221，模拟岩石21的底部设有上裂隙面211，模拟岩石21和真实岩石22上下拼接，其中，上裂隙面
211与下裂隙面221上下吻合。即反应液从溶液入口232进入其中一个亚克力腔体23内的填充腔231进行预填充后，再缓慢流入岩石裂隙模型2的下裂隙面221和上裂隙面211之间内，流过裂隙面后再流入另一个亚克力腔体23的填充腔231，最后从溶液出口233流出至废液瓶
32，通过设置填充腔231预填充的结构，可以避免气泡进入裂隙模型内部。

[0058] 亚克力是一种透明材质，且具有一定强度，可以通过激光雕刻物理切割的方式，按需制作形成填充腔231以及溶液入口232和溶液出口233。采用亚克力制作进出口腔体可以观测进出口腔体的填充腔231是否完全被水流填满，避免气泡进去裂隙内部。其次两端的亚克力腔体23主要起到缓冲作用，能够减小蠕动泵33的波动对水流的影响，使得水流可以平稳流入裂隙中。

[0059] 作为一种较优的实施方式，上述模拟岩石21采用透明环氧树脂材料制得。

[0060] 需要说明是，岩石裂隙由一块完整岩体经过劈裂后得到，分为两个相吻合的粗糙表面。环氧树脂是一种通用的透明材料，固化后具有一定强度，配合硅胶模具进行模型制作，通过翻模，浇筑等步骤可以完美复刻其中一块岩石裂隙的粗糙表面，从而得到透明的模拟岩石21。通过将由透明环氧树脂制得的模拟岩石21的上裂隙面211与真实岩石22的下裂隙面221吻合即可得到上部为透明，下部为岩石的一组岩石裂隙模型2。由于上部是透明的，通过相机51就可以捕捉水流在裂隙内部的运移过程。

[0061] 在本申请的一些实施例中，上述荧光成像组件包括滤光片41、二向色镜42和蓝光光源43，二向色镜42和滤光片41由下至上依次间隔设于透明玻璃窗13的上方；蓝光光源43设于二向色镜42的一侧，二向色镜42朝向蓝光光源43一侧倾斜设置，具体地，二向色镜42呈45°倾斜设置，二向色镜42在45°入射角条件下，可以透过绿光，反射红蓝光，二向色镜42用于将蓝光光源43发射的蓝光反射至岩石裂隙模型2。其中，上述荧光溶液主要由盐酸溶液和荧光燃料superflour488配置而成，其在蓝光照射下会发出绿色荧光。需要说明的是，上述滤光片41、二向色镜42和蓝光光源43可通过套筒或其他固定结构固定于升降底座11或固定架53。

[0062] 在一具体实施例中，侧面的蓝光光源43所发射的蓝光被二向色镜42反射后可以垂直照射到岩石裂隙模型2的荧光溶液，激发绿色荧光，绿色荧光穿过透明的模拟岩石21上裂隙面211及透明玻璃窗13，透过二相色镜，通过滤光片41滤去杂光后，由图像记录组件捕捉记录。

[0063] 在本申请的一些实施例中，上述图像记录组件包括相机51和计算机52，相机51通过固定架53固定于滤光片41正上方，固定架53固定连接于升降底座11；计算机52分别与相机51和控制器电性连接。通过相机51捕捉真实岩石22裂隙内荧光信息，实时捕捉真实岩石22的侵蚀过程，并将信息发送至计算机52进行数据处理和呈现，便于实时观察。

[0064] 作为一种示例，上述固定架53由横支撑杆531、竖支撑杆532和连接块533组成，横支撑杆531、竖支撑杆532之间均通过连接块533可拆卸连接，相机51设置于横支撑杆531的活动端，可以根据需求调整连接块533位置和方向，进而调整相机51拍摄视角和效果。具体地，上述连接块533的结构以及分别与横支撑杆531、竖支撑杆532的可拆卸连接结构采用现有技术中任一可以调节高度和方向的结构即可，如穿孔螺纹连接，通过螺栓锁紧固定，在本申请中不作详细赘述。

[0065] 参照图3，本申请实施例还提供一种基于上述岩石裂隙应力侵蚀‑渗流的荧光成像实验装置的实验方法，包括如下步骤：

[0066] S110、制备岩石裂隙模型2，将岩石裂隙模型2置于加载平台12上，并将注液瓶31和废液瓶32分别与岩石裂隙模型2两端的溶液入口232和溶液出口233连通；

[0067] S120、启动加载平台12升降对岩石裂隙模型2进行加载，加载至目标压力值停止；其中，上述目标压力值为岩石受到的真实应力值，可取多个不同值进行多次实验。

[0068] S130、向岩石裂隙模型2注入荧光溶液，并开启蓝光光源43向二向色镜42发射蓝光；同时开启图像记录组件对反射的荧光进行采集并记录图像数据。

[0069] 作为一种较优的实施方式，上述步骤S110中，制备岩石裂隙模型2的步骤，包括：

[0070] 选取顶部具有下裂隙面221的真实岩石22；

[0071] 采用透明环氧树脂材料制得底部具有上裂隙面211的模拟岩石21；其中，下裂隙面221与上裂隙面211相互吻合；

[0072] 制备具有填充腔231的两个亚克力腔体23，将模拟岩石21与真实岩石22上下拼接后固定连接于两个亚克力腔体23之间。

[0073] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。