[发明专利]一种三维可视化真三轴模拟试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟试验技术，尤其适用于隧道等地下岩土工程的三维可视化物理模拟。

背景技术

在岩土工程模拟试验研究中，要充分掌握工程围岩的变形力学特性，必须获得模型某一个或多个平面在一定时期内的变形场演化过程。为此，目前广泛采用数码相机拍摄模型观测面在试验期间的图像序列，然后利用数字图像相关技术对这些图像进行分析来获得该观测面的位移场演化过程。

现有的模拟试验台为满足图像采集的要求，有的采用平面应力模拟方法，使模型的某个表面处于自由变形状态，由于平面应力状态与绝大多数岩土工程所处的受力状况不符，因而具有很大的局限性；有的虽然采用平面应变或真三轴加载的模拟方法，用透明板代替钢板来为模型观测部位提供边界约束，但由于受到透明板强度和刚度的限制其尺寸往往很小，因而只能观测到模型表面的很小一部分，不能获取模型的全场位移。

另外，现有的真三轴模拟试验台都是针对不透明的试验材料设计的，只能对模型表面的变形过程进行观测。由于受到边界摩擦等因素的影响，测试结果无法真实反映岩土工程内部的变形情况。对此，已有越来越多的学者开始研究透明相似材料模拟试验方法，以便于获得模型内部的变形场演化过程。然而，目前还没有既能满足真三轴加载要求又能实现模型内部两个正交面全场变形测量的模拟试验台。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种一种三维可视化真三轴模拟试验台，使其既能对三维立体模型进行真三轴加载，又能对模型的两个正交面实施全场位移观测。

技术方案：为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种三维可视化真三轴模拟试验台，主要由反力板框架、传力钢板框架和透明传力板框架三部分构成，模型位于透明传力板框架内，透明传力板框架位于传力钢板框架内，传力钢板框架位于反力板框架内；所述反力板框架包括由底座、顶部反力板、前侧反力板、后侧反力板、左侧反力板和右侧反力板组成的六面立方体结构，所述传力钢板框架包括由底部传力钢板、顶部传力钢板、前侧传力钢板、后侧传力钢板、左侧传力钢板和右侧传力钢板组成的六面立方体结构，所述透明传力板框架包括由底部透明传力板、顶部透明传力板、前侧透明传力板、后侧透明传力板、左侧透明传力板和右侧透明传力板组成的六面立方体结构；底座与底部传力钢板之间、顶部反力板与顶部传力钢板之间、前侧反力板与前侧传力钢板之间、后侧反力板与后侧传力钢板之间、左侧反力板与左侧传力钢板之间、右侧反力板与右侧传力钢板之间，各通过一组加载油缸连接；底部透明传力板与底部传力钢板固定连接，顶部透明传力板与顶部传力钢板固定连接，前侧透明传力板与前侧传力钢板固定连接，后侧透明传力板与后侧传力钢板固定连接，左侧透明传力板与左侧传力钢板固定连接，右侧透明传力板与右侧传力钢板固定连接；所述底座中间设有底座光源安设孔，底座光源安设孔中安装有底部线性激光器；所述顶部反力板中间设有顶部光源安设孔，顶部光源安设孔中安装有顶部线性激光器；所述前侧反力板上设有前侧图像采集仪安设孔，前侧图像采集仪安设孔中安装有前侧图像采集仪；所述右侧反力板上设有右侧图像采集仪安设孔，右侧图像采集仪安设孔中安装有右侧图像采集仪；后侧反力板、后侧传力钢板和后侧透明传力板中央开有后侧隧道开挖孔，顶部传力钢板、底部传力钢板、前侧传力钢板、后侧传力钢板、左侧传力钢板和右侧传力钢板均为镂空板。

试验台主要由反力板框架、传力钢板框架和透明传力板框架三部分构成，在三个轴方向全部采用加载油缸，可以实现真三轴加载，将前后方向加载油缸的油路关闭，或把加载油缸换为钢柱，阻止模型沿该方向的变形，可模拟平面应变状态；将模型某一面的加载油缸和传力钢板去掉，即可模拟平面应力状态。六块传力钢板设计为镂空板，可以保证试验台底座和顶部反力板上的线性激光器分别对模型实施左右方向横向剖切和前后方向纵向剖切，试验台前侧图像采集仪和右侧图像采集仪可以同时对模型的两个观测面进行实时图像采集和全场位移观测。