[发明专利]一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置及使用方法

权利要求书

1.一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置，包括人工合成透明土，光学平台，透明模型槽，激光发生器，CCD相机，沉桩加载仪，压力传感器，位移传感器，试验模型桩，其特征在于：沉桩加载仪固定在光学平台上，人工合成透明土填筑在透明模型槽内，装有透明土的透明模型槽放置在沉桩加载仪下方用螺丝固定在光学平台上；透明模型槽的左侧面或者右侧面设置激光器并固定在光学平台上；透明模型槽的正前方或者正后方设置CCD相机并固定在光学平台上；透明模型桩安装在沉桩加载仪下方，并利用沉桩加载仪将其静压入透明土中。

2.根据权利要求1 所述的一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置，其特征在于：所述的人工合成透明土由正十二烷与十五号白油在一定温度下按质量比组成混合液与烘烤石英砂颗粒混合组成，烘烤石英砂颗粒粒径为0.01 mm-5 mm。

3.根据权利要求1所述的一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置，其特征在于：所述的透明模型槽由树脂玻璃制作，形状为上部开口的长方体，长、宽100 mm-130 mm，高度为300 mm-400 mm，壁厚5 mm-10 mm，底部对称突出，尺寸为170 mm × 170 mm，预留螺孔，用于将其固定在光学平台上；其中一侧面由精密机床标有一系列参考点，并漆成红色，用于测量系统的标定和校正，同时可进行像素坐标与物理坐标之间的转化。

4.根据权利要求1所述的一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置，其特征在于：所述的光学平台尺寸长1000 mm-2000 mm、宽1000 mm-1500 mm、高800 mm-1000 mm，台面厚度200 mm-400 mm，桌腿截面200 mm × 200 mm。

5.根据权利要求1所述的一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置，其特征在于：所述的激光器采用内腔式氦氖激光器，功率为50 mW-500 mW，并配有线性转换器。

6.根据权利要求1所述的一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置，其特征在于：所述的CCD相机分辨率50 w-500 w，帧数15，帧曝光，曝光时间100 μs - 30 s；CCD相机通过螺栓固定在测试台架上，通过调节支架高度和角度，可得到理想的相机视场，整个测试台架固定在光学平台上。

7.根据权利要求1所述的一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置，其特征在于：所述的沉桩加载仪整体框架由高强钢材和螺栓组成，起着稳定和传递反力的作用；同时可以通过光学平台表面螺孔来固定加载仪，提高整个系统的稳定性；加载仪由电机提供稳定的沉桩速率，范围为0.1 mm/s - 10 mm/s，并带有位移传感器和压力传感器，用于测量沉桩深度和沉桩贯入阻力。

8.根据权利要求1所述的一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置，其特征在于：所述的粒子图像处理软件采用PIVview2软件，可分析沉桩过程中拍摄的一系列图片，得到桩周土体内部连续变形的位移场。

9.基于权利要求1所述的一种沉桩过程中土体位移场可视化试验装置的使用方法，包括以下技术步骤：

（1）按试验需求配制好不同参数的透明土，倒入透明模型槽内，并将透明模型槽固定在光学平台上；

（2）调整并保证光学平台台面的水平，确定透明模型槽、激光器、CCD相机、沉桩加载仪在光学平台上的位置；CCD相机镜头所在平面平行于透明模型槽外表面，调整相机视场，使其能涵括整个沉桩试验画面；

（3）将透明模型桩固定在沉桩加载仪的预留孔道处，并保证其垂直度；

（4）打开激光器，检验其在透明土体内部形成的颗粒切面明亮度，并调整激光角度，使切面垂直入射通过模型桩中心线；

（5）打开CCD相机，使其镜头所在平面平行于透明模型槽外表面，并调整相机视场，使其能涵括整个沉桩画面；

（6）将沉桩加载仪的静压沉桩速率调至试验需要的速率，同时通过图像采集系统控制CCD相机连续拍摄沉桩过程；

（7）沉桩完成后，通过粒子图像处理软件分析获得的沉桩过程图片，得到沉桩过程中不同时刻的桩周土体变形位移场。