[发明专利]一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置

权利要求书

1.一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置，其特征在于：它包括光学平台及设置在光学平台上的激光分光系统、透明土模型试验设备和PIV测试系统；

激光分光系统包括固体激光器（1）、45°全反镜（2）、半波片（3）、偏振片（4）和透镜组（6），固体激光器（1）发射的激光射向45°全反镜Ⅰ，经45°全反镜Ⅰ反射到45°全反镜Ⅱ，然后自45°全反镜Ⅱ射出，经半波片（3）射向平行设置的偏振片Ⅰ和偏振片Ⅱ，经偏振片（4）偏振后射向透镜组（6），透镜组（6）将单束激光转为面光束；

透明土模型试验设备包括模型箱（8）和设置在模型箱（8）内的试验加载装置（10）、透明土（11），模型箱（8）设置在透镜组前方，激光通过透镜组射向模型箱（8）内的透明土；

PIV测量系统包括LED泛光灯（14）、CCD高速相机（12）和图像采集处理器（13），CCD高速相机（12）设置在模型箱（8）前方，LED泛光灯（14）设置在CCD高速相机（12）两侧的上方，与CCD高速相机（12）与图像采集处理器（13）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置，其特征在于：所述偏振片（4）为水平偏振片。

3.根据权利要求1所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置，其特征在于：偏振片（4）与透镜组（2）之间设有导光臂（5）。

4.根据权利要求1所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置，其特征在于：所述光学平台表面为铁磁不锈钢，内芯为蜂窝状支撑结构，光学平台平面度为0.02-0.05mm/m²，固有频率小于8Hz。

5.根据权利要求1所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置，其特征在于：所述试验加载装置（10）为电子万能试验机。

6.根据权利要求1所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置，其特征在于：所述透明土由玻璃砂或硅粉与正十二烷、15号白油的混合溶液配制而成，首先将正十二烷与15号白油按照1:4的质量比混合，然后将洗净烘干的玻璃砂或硅粉加入正十二烷、15号白油的混合溶液，并用玻璃棒搅拌均匀，最后抽真空除去固液混合物中的空气，直到固液混合物透明。

7.根据权利要求1所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置，其特征在于：透明土中掺入体积比不超过3%的玻璃球。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置的试验方法，其特征在于，具体步骤为：

（a）在光学平台上安装激光分光系统各仪器，单束激光源从固体激光器（1）发出，经两个45°全反镜（2）反射后通过半波片（3），旋转半波片改变激光的偏振态，然后通过两个偏振片（4）达到分束及分配两路光束能量的目的，最后分束后的激光源通过透镜组（6）形成垂直的面状光束（9），将土样竖直切片；

（b）在模型箱（8）中配置透明土（11），将玻璃砂或硅粉与正十二烷、15号白油的混合物在模型箱（8）内抽真空除去空气，直到混合液透明为止；

（c）安装加载设备（10），打开泛光灯（14），调试PIV测试系统中的高速CCD照相机（12）及其图像采集处理器（13），开始加载过程中利用高速高分辨率的CCD数字相机（12）获得透明土内部变形前后的激光散斑图像，将获得的每一帧图像传输到图像采集处理器（13）进行图像处理，就可以得到同一切片上加载前后的变形场；

（d）调整光学平台（7）上模型箱（8）的位置，对透明土模型沿着与激光切片垂直的方向进行移动，得到多个切片图像，对多个切片的变形场进行分析就可以得到完整的透明土三维变形场。

9.根据权利要求8所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置的试验方法，其特征在于：步骤（a）中偏振片（4）与透镜组（2）之间设有导光臂（5）。

10.根据权利要求8所述的一种可量测透明土内部三维位移场的分光模型试验装置的试验方法，其特征在于：步骤（b）中透明土中掺入体积比不超过3%的玻璃球。