[发明专利]一种基于透明光弹材料同时测量饱和颗粒介质应力和位移的方法

摘要

本发明属于试验力学测试技术领域，一种基于透明光弹材料同时测量饱和颗粒介质应力和位移的方法。实验应力光弹法，利用透明颗粒介质在受力变形时产生光学各向异性的特点，以偏振光透过模型，由于应力的存在，产生光的暂时双折射现象，再透过分析镜后产生光的干涉，在屏幕上显示出具有明暗条纹的现象；利用同色条纹图像，可得到模型中的应力状态和分布。本发明方法通过透明光弹颗粒材料和折射系数相匹配的孔隙液体配置成饱和多孔颗粒介质材料，可以用来研究自然界中饱和多孔颗粒材料内部包括岩土材料等在外力作用下的变形机理和应力分布的规律，降低研究成本，理解颗粒材料力学行为的内在机理。

主权项

1.一种基于透明光弹材料测量饱和颗粒介质应力和位移的方法，其特征在于，步骤如下：/n步骤一，颗粒介质的配置：采用直径为2-4cm的透明光弹材料颗粒，借助阿贝折射仪测出与透明光弹材料颗粒材料折射系数相匹配的孔隙液体；将透明光弹材料颗粒利用“落砂法”填充到模型箱中，在模型箱底部形成一层，之后利用软管沿模型箱壁从下向上慢慢充满孔隙液体，最终配制成饱和颗粒材料介质，即饱和透明光弹颗粒模型(5)；/n步骤二，采集设备安置：采集设备包括数字相机(1)、计算机(2)、分析镜片(3)、扇面激光光源(4)、饱和透明光弹颗粒模型(5)、偏振镜片(6)和光源(7)，分析镜片(3)、饱和透明光弹颗粒模型(5)、偏振镜片(6)和光源(7)同轴，光源(7)依次通过偏振镜片(6)、饱和透明光弹颗粒模型(5)和分析镜片(3)后，被数字相机(1)捕捉，数字相机(1)与计算机(2)连接；扇面激光光源(4)位于饱和透明光弹颗粒模型(5)正下方，用于提供扇形激光光源；/n步骤三：在饱和颗粒材料介质表层放置加载板，加载试验机通过加载板将外力施加到透明光弹材料颗粒上；施加荷载前，打开扇面激光光源(4)，照射饱和透明光弹颗粒模型(5)，扇面激光和透明光弹材料颗粒介质相互作用产生激光散斑，同时设定好数字相机(1)的位置、焦距和采集时间间隔；/n步骤四，施加荷载：对配制的饱和颗粒材料介质施加荷载，在饱和颗粒材料介质内引起应力和变形以及颗粒的运动；同时启动数字相机(1)的图像采集功能，连续施加到荷载一定值后停止加载；/n步骤五：设置偏振片：正交平面偏振光场中分析镜(3)的初始角度β＝45°，α、β分别为偏振镜片(6)和分析镜片(3)与参考轴x夹角，α初始角度为135°，θ为饱和透明光弹颗粒模型(5)第一主应力σ