[发明专利]一种冻土界面层变形测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明是一种冻土剪切界面层变形测量系统及测量方法，属于室内岩土模型试验的变形测量技术领域，适用于冻土剪切界面层微变形的高精度测量。

技术背景

在土体本构模型的建立过程中，土体变形测量常用来对试验现象和结果进行定量分析。在天然冻土区或人工冻土工程中存在着大量冻土与结构物接触界面层变形问题，为了对冻土剪切界面层的本构关系能有更深入的研究，必须对其变形进行测量，进行定量分析。冻土剪切界面层的变形相对于一般岩土变形更小，对测量系统精度要求更高，所以对界面层变形测量专用设备的研究一直是一个空白。

界面层问题相关的文章只有周国庆在《煤炭学报》发表的《一套深部土与结构界面层力学特性试验系统》，该系统从定性的角度对界面层的变形行为进行了研究，但不能准确的到界面层每个位置的位移。

目前界面层变形的测量研究较少，但是国内外学者岩土工程中其他问题的变形测量进行了大量研究，相关的测量设备主要分为两种：接触式与非接触式。接触式测量设备指通过在试样内部设置位移探头以测定某点的位移，如殷宗泽在《岩土工程学报》上发表的《土与结构材料接触面的变形及其数学模拟》，该文章介绍了利用一种埋置于土样中的潜望镜来测量土体位移，这种设备能直接获得试样某一位置的变形情况，操作简单，成本低，但这种测量方式只能测量局部甚至某一点或者某一区域的位移，而且在试样内部设置探头或者其他设备会对试样产生很大的扰动，使测量结果偏离事实情况；非接触式测量设备指通过光学技术对研究对象进行非插入全方位变形测量，如国内学者邵龙潭等在《岩土力学》发表了题为《数字图像测量技术在土工三轴试验中的应用研究》的文章，介绍了应用由图像采集系统CCD传感器与图像处理系统组成的数字图像测量系统对三轴试样任意部分变形进行测量。国外学者White D J 在《10th International Conference on Computer Methods and Advances in Geotechanics》发表的文章《Measuring soil deformation in geotechnical models using digital images and PIV analysis》采用激光对土样进行光学剖切，多个剖切面的二维变形场可以构建整个土体的空间变形场，非接触式测量设备，非接触式测量设备可以避免对试样扰动，也可以对研究对象的任一部分进行较为准确的测量，但是这类设备往往成本较高，测试方法比较复杂。

不论是接触测量设备还是非接触式测量设备，都存在自身无法克服的缺点，无法同时满足经济型与精确性的双重要求。

近年来，国内CMOS传感器等相关数字图像测量技术得到了长足的进步，CMOS传感器与CCD传感器相比，造价低、功耗低、体积小、集成度高且信号读取方式简单传输速度快，更重要的是，随着相关技术的发展，CMOS已经克服了像素低的缺点，而且在相关参数已经超越了CCD传感器。迄今为止，还未发现应用CMOS传感器的数字图像测量设备应用于冻土剪切界面层变形测量的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冻土界面层变形测量系统及测量方法，旨在解决天然冻土区或人工冻土工程中存在着大量冻土与结构物接触界面层变形问题，填补国内相关仪器空白，通过得到冻土界面层不同位置位移，对冻土界面层的变形进行定量分析，为系统研究冻土与结构接触面界面层的变形特性和建立实用冻土接触界面层本构模型提供试验基础和重要前提。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

    一种冻土剪切界面层变形测量系统，其特征在于该测量系统有土样盒1、土样2、制样模板4、防翘棒5、防翘轴承6、工业相机7、图像处理装置8所构成；其中：土样盒1的一端通过防翘棒5固定，另一端通过防翘棒5与防翘轴承6固定；制样模板4固定在土样盒1上表面；土样盒1正前方安装工业相机7；工业相机7通过USB线与图像处理装置8相连接；刚性支架9的一端与土样盒1相连接，另一端与底座10相连接。

所述的一种冻土剪切界面层变形测量系统，其特征在于所述的制样模板4的中部呈中装塑料板空尺寸为长100mm×宽200mm×高10mm，其中土样2的上部突出土样盒1的部分为土样界面层3。