[发明专利]一种地震管涌破坏时土体位移精确可视化试验装置和试验方法

摘要

一种地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置和试验方法，装置包括：一供水装置，一透明模型箱，所述透明模型箱的高度低于所述供水装置的高度，透明模型箱的底部设有与供水装置相连通的接口；透明模型箱内等距布设有多个孔隙压力测量装置；一振动平台，用于安放所述透明模型箱；水头调节机构，用于调节所述供水装置的水头高度；数字观测系统。本发明将饱和透明土样和粒子图像处理技术相结合，解决了地震作用下土体管涌破坏时土体内部变形和位移场测量不连续和不可见的难题，从而实现了地震作用下管涌破坏过程可视化的目的。

主权项

1.一种地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置，其特征在于，包括：

一供水装置，供水装置的顶部设有进水口，供水装置的底部设有进水管，进水管上设有进水管水阀和流量计；

一透明模型箱，所述透明模型箱的高度低于所述供水装置的高度，透明模型箱的底部设有与供水装置上的进水管相连通的接口；透明模型箱内等距布设有多个孔隙压力测量装置；透明模型箱的底部设有预留空间，预留空间内设置多层卵石，多层卵石的上方设置有饱和透明土样；透明模型箱的顶部设有出水管，出水管上设有出水管水阀；

一振动平台，用于安放所述透明模型箱；

水头调节机构，用于调节所述供水装置的水头高度；

数字观测系统，包括CCD相机、扇面激光发射器以及参照格栅，其中，所述CCD相机安放在透明模型箱的正前方，所述扇面激光发射器安放在透明模型箱的右侧，所述参照格栅插设于所述饱和透明土样内部；

计算机，与所述流量计和CCD相机电连接。

2.根据权利要求1所述的地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置，其特征在于，所述水头调节机构包括：第一定滑轮、第二定滑轮、钢丝绳以及固定支架，其中，固定支架内位于固定支架顶部中间位置固定连接第一定滑轮，所述固定支架的外壁上与第一定滑轮同一高度处固定连接第二定滑轮，固定支架内部设置所述供水装置，供水装置的顶部连接钢丝绳的一端，钢丝绳另一端依次连接第一定滑轮、第二定滑轮后设置于固定支架的外部一侧。

3.根据权利要求1所述的地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置，其特征在于，所述的供水装置为供水箱，供水箱内设有与所述饱和透明土样具有相同折射率的孔隙液体。

4.根据权利要求2所述的地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置，其特征在于，所述固定支架的一侧侧边标有刻度。

5.根据权利要求1所述地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下几个步骤：

S1、按照试验的参数要求制备好相应的饱和透明土样，将其置于透明模型箱中，并在其中插入参照格栅；

S2、在供水装置内注入与饱和透明土样具有相同折射率并添加荧光剂的孔隙流体；

S3、打开扇形激光发射器，待功率稳定后，调整激光切面的角度，使其垂直打入饱和透明土样，形成散斑场；

S4、调整CCD相机的可视范围，使其能够包含整个饱和透明土样，并设置其以振动平台荷载频率20倍以上来采集饱和透明土样图像并传送至计算机；

S5、保持供水装置内水位不变，通过水头调节机构调节供水装置水头高度，使得在试验过程中饱和透明土样的渗透水头保持不变；

S6、打开进水管水阀和出水管水阀，使得水头调节系统中与饱和透明土样具有相同折射率并添加荧光剂的孔隙流体通过多层软石进入透明模型箱，输入模拟地震荷载至振动平台，诱使饱和透明土样在地震荷载作用下发生管涌破坏，并将流量计的数据传输至计算机；

S7、渗流变形或管涌破坏过程中，饱和透明土样混合物由透明模型箱顶部的出水管排出；

S8、试验完成之后，通过粒子图像处理软件并结合参照格栅，分析所获得管涌破坏过程图片，得到在地震作用下土体管涌破坏时土体变形位移场。

6.根据权利要求5所述地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置的试验方法，其特征在于，所述参照格栅由熔融透明土制成。

7.根据权利要求5所述的地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置的试验方法，其特征在于，所述的饱和透明土样采用正构烷烃类溶剂和矿物油的混合溶液与无定性硅制配形成。

8.根据权利要求5所述的地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置的试验方法，其特征在于，所述的粒子图像处理软件采用geoPIV软件。