[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

说明书

本发明公开了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，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。本发明所公开的装置，结构简单、操作方便快捷、适用性强，可广泛应用于地基冲刷的模型试验中。

技术领域

本发明属于物理模型试验领域，特别涉及该领域中的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。

背景技术

物理模型试验是一种在实验室内对难以直接实施观测的各种实际工况现象实施模拟的实验手段，具有很强的适用性。它以相似理论作为基础，是在几何、运动、动力等基本相似条件予以满足的情况下，基于物理模型所展开的试验，获取一些物理量之间的客观规律，然后再回推原型，最终获取对原型规律更加深入的了解和认识。在现在的项目建设或是科学实验研究过程中，物理模型试验都是不可或缺的一部分，因此科学的设计模型试验、掌握精确的试验数据采集方法十分重要。

海洋环境或河流环境中，波浪、水流作用到基础周围地基时会发生冲刷。采用物理模型试验的方法可有效获取波浪、水流、基础尺寸、土质参数等与地基冲刷深度的关系，明确冲刷的客观规律。在地基冲刷模型试验中需快速、有效获取地基的冲刷过程及冲刷形态，现有的地基冲刷测量中多采用激光测距仪或声学多普勒流速仪，其原理是利用光线或声波的反射，根据接收返回光线或声波的时间长短，计算获得仪器与基床之间的距离。但是，在冲刷试验进行过程中，波浪和水流共同作用于基床时，表层的泥砂颗粒很容易会被带动起来，波浪、水流较大时这种现象尤其明显。悬浮在基床上方水体中的泥砂颗粒干扰了光线的传播过程，使得光线提前发生反射。这种现象的存在也导致在冲刷试验过程中难以有效快速获取地形的冲刷发展过程。而为了获取整个或局部地形的冲刷发展过程往往需停止波浪或水流的作用，待测距仪或流速仪工作完毕后再启动造波或造流设备，这种获取地形冲刷发展过程的方法是在中断波流作用过程的前提下完成的，往往会引起较大的试验误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种应用于模型试验的地基冲刷过程监测及地形快速、有效、准确、智能获取装置和方法。

本发明采用如下技术方案：

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，其改进之处在于：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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，反光球两侧的刻度光屏与反光球球心的距离为1cm。

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，使用上述的装置，其改进之处在于，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；