[发明专利]一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法

说明书

一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法，属于土工测试计算领域。试验装置包括相机、照明装置、土样夹具、土样、材料试验机。通过土样夹具将土样固定于材料试验机，在照明装置的光线调节下，相机对土样进行拍摄，借助于图像测量技术获取土样在拉伸状态下表面的位移场分布，为研究土体本构关系和改性固化土体的基本物理力学性质提供了便利。

技术领域

本发明属于土工测试计算领域，尤其涉及一种基于图像测量技术的土样拉伸装置及其实施方法，可用于测定土样在拉伸状态下表面位移场的分布。

背景技术

土体的拉伸破坏是导致土体开裂的一个重要因素，如挡土墙后土体的张拉裂缝、地基不均匀沉降引起的拉伸裂缝、堆石坝粘土心墙的水力劈裂等。由于土体的抗拉强度较低，其测试过程对精度有较高的要求。随着材料改性技术的发展，通过加筋或改性固化工艺提高土体抗拉强度的方式得到重视，研究该类改性固化或加筋土体在拉力作用下的变形机理，对于工程问题的预演和防范具有重要的工程价值。

现有的土体抗拉强度试验以土样整体所能承受拉力和位移为基础，计算土样的抗拉强度，或是采用巴西劈裂技术间接确定土体的抗拉性能。上述方法仅能确定土样整体的抗拉性能，无法实现拉伸过程中土样体变和局部变形的直接测试。数字图像测量技术通过图像角点识别，可测量跟踪土样每一角点的位移，进而得到土样表面的位移场和应变场。该技术实现了对变形过程的非接触式直接测量，在具有较高精度的同时不扰动土样，对于土的拉伸强度试验具有明显的优势，但实现该技术存在以下难题：1需要给圆柱形土样的表面提供均匀的光照环境来进行数字图像采集；2提供合适的夹具来保证土样的破坏区域不是发生在夹持位置。为实现上述测试，有必要从以上难题角度来研制新的土样拉伸实验装置。该装置的研发对于土体本构关系和改性固化土体的基本物理力学性质研究，具有重要的科学意义和工程价值。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中无法直接测试拉伸过程中土样体变和局部变形的不足，提供一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法，用来测量在拉伸状态下土样表面的位移场分布和表面位移。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置，所述的试验装置包括相机1、照明装置2、土样夹具3、土样4、材料试验机5；

所述的照明装置2包括遮光板21、反光涂层22、导轨23、滑块24、LED灯泡25、相机孔位26。所述遮光板21用柔性材料制成，可以调节曲率；所述反光涂层22附着在遮光板21的凹侧面，以保证光源强度足以引起的土样4表面反光；所述遮光板21的凹侧面平行安装有两个导轨23；所述导轨23上滑动安装有若干个滑块24；所述滑块24上安装有LED灯泡25，所述相机孔位26位于遮光板21中心，用于相机1观测土样表面的变形。

所述的土样夹具3共有两套，每套土样夹具包括夹板31、底盘32、固定夹环33、活动夹环34、螺栓35、夹齿36；所述夹板31固定于底盘32一侧；所述固定夹环33固定于底盘32另一侧，并与底盘32同轴；所述夹齿36规则分布在固定夹环33和活动夹环34凹侧，以保证夹持土样4的受力均衡；所述夹齿36与固定夹环33和活动夹环34为螺纹连接，以能够调整固定夹环33和活动夹环34内夹齿36的数量，以适用于不同材料类型的拉伸试验。所述活动夹环34通过两个螺栓35与固定夹环33连接以保证连接可靠。

所述土样4为圆柱型，土样4通过活动夹环34和固定夹环35固定于土样夹具3的底盘32上。

所述材料试验机5通过夹板31与两套土样夹具3相连；

所述照明装置2置于相机1和土样4之间；所述照明装置2和土样4轴线平行；通过调节遮光板21的曲率和滑块24的分布，以给土样4表面提供均匀的光源环境，改善外部光源分布不均对测试结果的影响；所述相机1通过照明装置2的相机孔位26采集土样4的试验数据。