[发明专利]观测透明土模型内部三维空间变形的试验装置及使用方法

说明书

本发明属于岩土工程模型试验技术领域，具体涉及一种观测透明土模型内部三维空间变化的试验装置及使用方法，所述的装置主要由加载系统、桩靴模型、模型箱、升降可视试验平台、CCD工业相机、传动系统a、传动系统b、传动系统c、激光器和电脑组成。通过升降可视试验平台调节操作高度，通过三个传动系统控制CCD工业相机和激光器的同步移动。本发明的装置结构简单、原理清楚、易于操作、成本较低；分别从两个方向对透明土模型进行多次切片拍照，便可以获取三维空间中每一节点的三个方向上的位移分量，可以非侵入式的、连续的监测土体内部三维空间变形的变化过程，真正实现了土体内部三维空间变形的测量。

技术领域

本发明属于岩土工程模型试验技术领域，具体涉及一种观测透明土模型内部三维空间变化的试验装置及使用方法。

背景技术

土体变形的测量是土力学及岩土工程专业研究的重要基础之一。传统的室内模型试验和现场试验只能观测到土体的宏观变形和地表变形，无法观测土体内部的三维空间变形。为了实现土体内部变形的可视化，研究者发明了一种新型的室内模型试验方法—透明土试验技术。利用透明土特有的“透明”特性，并结合图像观测技术实现了非侵入式土体内部可视化研究，对于深入理解土体变形和渗流机理，具有重要的意义。然而，基于图像观测技术的局限性，二维平面位移观测已经不能满足研究者的需要，因此，三维空间变形这个新课题还有许多挑战亟待解决。

中国发明专利“一种可量测透明土内部三维位移场分光模型试验装置”，(申请号201610154269.4)，公布了一种由激光分光系统、透明土模型试验设备和PIV测试系统组成的分光模型试验装置，通过透镜组形成垂直的平面状光束，将土样竖直切片；该技术是固定激光分光系统，通过移动模型箱，来得到多个切片图像。该技术虽然能实现对于透明土内部三维位移场进行测量，但是通过移动模型箱会对试样进行扰动，同时带动加载系统对造成试验操作的复杂性，改变相机与激光扇面的距离等问题会对试验拍摄图片的清晰度造成影响。中国发明专利“异性桩桩-土接触面破坏形式可视化试验装置及使用方法”，(申请号CN105716970A)，公布了一种异形桩桩-土接触面破坏形式可视化试验装置，通过两台相机和四台激光器对桩土接触面土体的移动进行可视化观测，但是这种方法采用的是水平方向上控制上部相机不动，通过照射两台激光器形成切片进行拍摄，只能拍摄两张水平方向上的切片；竖直方向上同样照射两台激光器，沿着环形轨道移动相机拍照。该方法因两台激光源同时照射，会对相机拍摄效果产生影响，同时沿环形轨道拍照无法得到同一坐标点上的三个位移分量，因而观测到的不是真正的土体三维空间变形。

因此研究一种可以可观测透明土模型三维空间变形的双相机试验装置，可准确实时量测透明土模型三维空间变形，对于深入理解岩土工程问题具有重要的意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可观测透明土模型内部三维空间变化的双相机试验装置及使用方法，该装置借助升降可视试验平台为试验操作平台板下面的相机提供一个最佳的拍摄视角，通过三组传动系统、两台CCD工业相机和两台激光器实现对水平面和竖直面两个方向进行切片操作，进而三维重构，精确地对透明土内部三维空间变形进行测量。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种观测透明土模型内部三维空间变化的试验装置，主要由加载系统1、桩靴模型2、模型箱3、升降可视试验平台5、CCD工业相机6、传动系统a7、传动系统b8、传动系统c9、激光器10和电脑11组成；

所述的升降可视试验平台5，主要由试验操作平台板20、实心圆柱杆21、万向水平仪22和试验平台底座25组成；所述的实心圆柱杆21共四根，固定在试验平台底座25的四角，实心圆柱杆21上设有套丝23；所述的试验操作平台板20上设有四个通孔，与实心圆柱杆21的位置相对应，实心圆柱杆21穿过试验操作平台板20的通孔，通过固定螺母24与套丝23的配合，将试验操作平台板20固定在实心圆柱杆21上，通过调节试验操作平台板20在实心圆柱杆21上的位置，实现升降功能；所述的万向水平仪22共四个，分别安装在试验操作平台板20的四个边上；