[发明专利]土工离心机模型试验三维全场变形测量设备及方法

说明书

本发明公开了一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备及方法，其中，设备包括：转动式相机支架、固定式槽钢支架、相机组、镜头前挡板、相机镜头固定圈、相机机身固定圈、机顶盒、光源装置和终端设备，其中，终端设备与机顶盒相连，用于对图像的图像处理，并利用开源分析软件对第一和第二顶部相机的图像进行三维图像分析，并对固定式相机的图像进行二维图像分析，获取模型的位移变化结果云图，并整合得到三维全场变化图像。该设备能够将模型侧面(内部)及上表层结合分析处理，还原三维模型的真实情况及其坡体表面的拉伸破坏变形情况的演化规律。

技术领域

本发明涉及土工机械模型试验装置技术领域，特别涉及一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备及方法。

背景技术

随着现代社会的发展，国内外大型工程建设数量急剧增加，包括水库、大坝、堤防、大跨度地下工程及超高层建筑等，大型工程建设对土体及其地基提出了较高的要求。

室内离心机模型试验是一种有效的缩尺模型试验，能够有效的反演地基或边坡的变形破坏过程。目前应用的室内离心机模型试验主要依赖模型箱侧壁的单一摄像机进行拍摄捕捉标记点的运移，该方式仅仅反映了边坡的二维侧面(内部)变形情况，而边坡的破坏变形不仅涉及坡体内部变形，同样涉及边坡表面的开裂、表土剥离及牵引拉伸等变形破坏形式，系统研究斜坡破坏过程中表面及内部变形演化规律，对于深入研究滑坡灾害机制及灾害预测和防范具有重要的意义。同时，受到坡体与模型箱有机玻璃之间的摩擦阻力作用，易发生内部发生破坏而观察侧仍未发生明显变化，此时其侧面(内部)的变形不能代表坡体的变形破坏规律。

离心机三维图像捕捉与分析系统的两大难点问题：一方面，如何获取边坡模型的表层图像；另一方面，如何将获取的三个方向的图像进行拟合分析进而整合为模型的三维变形情况。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备，该设备能够将模型侧面(内部)及上表层结合分析处理，还原三维模型的真实情况及其坡体表面的拉伸破坏变形情况的演化规律。

本发明的另一个目的在于提出一种土工离心机模型试验三维全场变形测量方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备，包括：转动式相机支架，用于固定第一和第二顶部相机，并转动所述第一和第二顶部相机以调整角度；固定式槽钢支架，用于固定和支持所述转动式相机支架；相机组，用于采集实验进行中的图像，所述相机组包括所述第一和第二顶部相机及离心机模型箱侧面的固定式相机；镜头前挡板，用于支撑所述相机组的相机镜头；相机镜头固定圈，用于固定所述相机组的相机镜头，使所述相机镜头平放在所述镜头前挡板的平面板上并保持稳定；相机机身固定圈，用于固定所述相机组的相机机身，使相机平放在所述转动式相机支架上的钢板上并保持稳定；机顶盒，用于统一IP地址同时控制所述相机组工作；光源装置，用于试验过程中补充光照，使得所述图像的清晰度满足预设条件；终端设备，所述终端设备与所述机顶盒相连，用于对所述图像的图像处理，并利用开源分析软件对所述第一和第二顶部相机的图像进行三维图像分析，并对所述固定式相机的图像进行二维图像分析，获取模型的位移变化结果云图，并整合得到三维全场变化图像。

本发明实施例的土工离心机模型试验三维全场变形测量设备，能够捕捉模型侧面及上表面的位移变化情况，经过图像分析处理，可还原试验过程中模型表面及侧面(内部)的变形破坏及演化规律，从而获取模型的三维全场的变形破坏信息。

另外，根据本发明上述实施例的土工离心机模型试验三维全场变形测量设备还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：收纳箱，用于存放所述相机组、所述转动式相机支架、所述固定式槽钢支架、所述终端设备、所述机顶盒、所述镜头前挡板、所述相机镜头固定圈、所述相机机身固定圈与所述光源装置。