[发明专利]一种应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取装置和方法

权利要求书

1.一种应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取装置，其特征在于：所述的装置包括试验水槽和安装于试验水槽内的建筑物基础，在试验水槽的不透明底板上环绕建筑物基础嵌入两个以上的弹性膜，在每一弹性膜的底面上均安装两个彼此对称的小型激光发射器；所述的装置还包括设置于试验水槽下方的测量平台，在测量平台上安装与上述弹性膜数量相等的反光球，每一反光球分别与一弹性膜相对应，并且反光球的球心在其对应之弹性膜中心的正下方，在每一反光球的两侧分别安装一块刻度光屏，各刻度光屏均通过采集仪与计算机相连接。

2.根据权利要求1所述应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取装置，其特征在于：所述的弹性膜为圆形小变形硬塑橡胶弹性膜，其直径为2cm，厚度为2mm，两个小型激光发射器分别安装在距离弹性膜边缘0.5cm的位置。

3.根据权利要求2所述应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取装置，其特征在于：所述的建筑物基础为直径50cm的圆柱体基础，各弹性膜之间的布置间距为1cm。

4.根据权利要求3所述应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取装置，其特征在于：反光球的直径为2cm，在弹性膜未变形时，其下底面圆心与其底部相对应之反光球球心的距离为10cm。

5.根据权利要求4所述应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取装置，其特征在于：反光球两侧的刻度光屏与反光球球心的距离为1cm。

6.一种应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取方法，使用权利要求1所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

(1)得到刻度光屏刻度与泥砂厚度之间的拟合曲线；

(11)调整刻度光屏，使弹性膜上的泥砂厚度为零时，其底面小型激光发射器发出的光经其对应反光球反射至刻度光屏的零刻度；

(12)随着弹性膜上泥砂厚度的增加，弹性膜受力变形，其底面小型激光发射器的发光光路发生细微偏移，经其对应反光球反射至刻度光屏的相应刻度；

(13)保持水位30cm不变，泥砂厚度由1cm按1cm增量逐渐增至20cm，记录不同泥砂深度时刻度光屏的相应刻度，得到刻度光屏刻度与泥砂厚度之间的拟合曲线；

(2)在冲刷过程中，计算机通过采集仪每隔一小时记录一次各刻度光屏的刻度值，并根据拟合曲线换算出各弹性膜上的泥砂厚度，从而自动绘制地基冲刷的三维地形图。

7.根据权利要求6所述应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取方法，其特征在于：对于直径为2cm，厚度为2mm的圆形小变形硬塑橡胶弹性膜，其刻度光屏刻度与泥砂厚度之间的拟合曲线为y＝-0.00023x⁴+0.014x³-0.33x²+4.7x+0.17，其中y表示刻度光屏刻度的拟合值，x表示泥砂深度。

8.根据权利要求6所述应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速获取方法，其特征在于：将沿建筑物基础周向等间隔布置的8个弹性膜作为特征监测点，各特征监测点距建筑物基础的距离均为4cm，当这8个特征监测点连续三次测量的泥砂厚度变化在3mm以内时，可以判断冲刷已经达到平衡状态，模型试验终止。