[发明专利]观测透明土模型内部三维空间变形的试验装置及使用方法

摘要

本发明属于岩土工程模型试验技术领域，具体涉及一种观测透明土模型内部三维空间变化的试验装置及使用方法，所述的装置主要由加载系统、桩靴模型、模型箱、升降可视试验平台、CCD工业相机、传动系统a、传动系统b、传动系统c、激光器和电脑组成。通过升降可视试验平台调节操作高度，通过三个传动系统控制CCD工业相机和激光器的同步移动。本发明的装置结构简单、原理清楚、易于操作、成本较低；分别从两个方向对透明土模型进行多次切片拍照，便可以获取三维空间中每一节点的三个方向上的位移分量，可以非侵入式的、连续的监测土体内部三维空间变形的变化过程，真正实现了土体内部三维空间变形的测量。

主权项

1.一种观测透明土模型内部三维空间变化的试验装置，其特征在于，所述的双相机试验装置主要由加载系统(1)、桩靴模型(2)、模型箱(3)、升降可视试验平台(5)、CCD工业相机(6)、传动系统a(7)、传动系统b(8)、传动系统c(9)、激光器(10)和电脑(11)组成；所述的升降可视试验平台(5)，主要由试验操作平台板(20)、实心圆柱杆(21)、万向水平仪(22)和试验平台底座(25)组成；所述的实心圆柱杆(21)共四根，固定在试验平台底座(25)的四角，实心圆柱杆(21)上设有套丝(23)；所述的试验操作平台板(20)上设有四个通孔，与实心圆柱杆(21)的位置相对应，实心圆柱杆(21)穿过试验操作平台板(20)的通孔，通过固定螺母(24)与套丝(23)的配合，将试验操作平台板(20)固定在实心圆柱杆(21)上，通过调节试验操作平台板(20)在实心圆柱杆(21)上的位置，实现升降功能；所述的万向水平仪(22)共四个，分别安装在试验操作平台板(20)的四个边上；所述的模型箱(3)为上部开口、下部密封的空心长方体结构，作为透明土模型试验设备，模型箱(3)内部装有透明土试样；模型箱(3)置于升降可视试验平台(5)上；所述的桩靴模型(2)，其顶部设有螺纹杆，桩靴模型(2)位于模型箱(3)的上方；所述的加载系统(1)安装在桩靴模型(2)顶部的螺纹杆上，从而使加载系统(1)与桩靴模型(2)连接成为整体，以保持桩靴模型(2)贯入过程的垂直度；所述的CCD工业相机(6)包括CCD工业相机a和CCD工业相机b，CCD工业相机a与CCD工业相机b竖直布置；所述的激光器(10)包括激光器a和激光器b，激光器a与激光器b竖直布置；CCD工业相机(6)与激光器(10)分别位于模型箱(3)相邻的两侧；所述的传动系统a(7)主要由伺服电机(16)、联轴器(15)、丝杠导轨(12)和光栅尺(13)组成；所述的丝杠导轨(12)水平布置，所述的伺服电机(16)通过联轴器(15)与丝杠导轨(12)相连；所述的光栅尺(13)安装在丝杠导轨(12)的底部；传动系统a(7)共两个，分别位于模型箱(3)相邻的两侧，一个传动系统a(7)与模型箱(3)对应的边相垂直，另一个传动系统a(7)与模型箱(3)对应的边相平行；所述的CCD工业相机a安装在与模型箱(3)的边相垂直的传动系统a(7)上，所述的激光器a安装在与模型箱(3)的边相平行的传动系统a(7)上，通过伺服电机(16)控制使CCD工业相机a和激光器a分别沿两个传动系统a(7)上的丝杠导轨(12)滑动，并通过光栅尺(13)保持CCD工业相机a和激光器a的同步移动；所述的传动系统b(8)主要由传动系统底座(19)、伺服电机(16)、联轴器(15)、丝杠导轨(12)、光栅尺(13)、可伸缩固定轴(18)和传动系统连接底板(17)组成，传动系统b(8)安装在激光器a所在的传动系统a(7)的下方；所述的可伸缩固定轴(18)垂直安装在传动系统底座(19)上，可伸缩固定轴(18)上沿竖直方向安装有丝杠导轨(12)和光栅尺(13)，通过可伸缩固定轴(18)调节激光器b或CCD工业相机b的初始位置；所述的伺服电机(16)安装在传动系统底座(19)上，与可伸缩固定轴(18)并排布置，伺服电机(16)通过联轴器(15)与丝杠导轨(12)相连接；所述的传动系统连接底板(17)安装在丝杠导轨(12)上，所述的激光器b安装在传动系统连接底板(17)上，传动系统连接底板(17)带动激光器b沿丝杠导轨(12)上下滑动；所述的传动系统c(9)主要由传动系统底座(19)、伺服电机(16)、联轴器(15)、丝杠导轨(12)、光栅尺(13)、可伸缩固定轴(18)、传动系统连接底板(17)和外延支撑底板(14)组成，传动系统c(9)安装在CCD工业相机a所在的传动系统a(7)的下方；所述的传动系统底座(19)、伺服电机(16)、联轴器(15)、丝杠导轨(12)、光栅尺(13)、可伸缩固定轴(18)和传动系统连接底板(17)的安装与布置，与传动系统b(8)相同；传动系统c(9)与传动系统b(8)的不同之处在于，传动系统连接底板(17)上安装有外延支撑底板(14)，外延支撑底板(14)与传动系统连接底板(17)相垂直；所述的CCD工业相机b安装在外延支撑底板(14)上，外延支撑底板(14)带动CCD工业相机b沿丝杠导轨(12)上下滑动；所述的电脑(11)与CCD工业相机(6)和加载系统(1)相连，控制CCD工业相机(6)的拍照速度以及加载系统(1)的贯入速度。