[發(fā)明專(zhuān)利]一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置及其使用方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410178638.4
• 申請(qǐng)日: 2014-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103968774A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹兆虎;孔綱強(qiáng);周航;欒魯寶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/16
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/16;G01N33/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 虞希光

1.一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置，包括透明土，光學(xué)平臺(tái)，透明模型箱，激光器，CCD相機(jī)，取土器設(shè)備和計(jì)算機(jī)，其特征在于：透明土填筑在透明模型槽內(nèi)，裝有透明土的透明模型槽用螺絲固定在光學(xué)平臺(tái)上；透明模型槽的左側(cè)面或者右側(cè)面設(shè)置激光器并固定在光學(xué)平臺(tái)上；透明模型槽的正前方或者正后方設(shè)置CCD相機(jī)并固定在光學(xué)平臺(tái)上；透明模型槽上方布置取土器設(shè)備，取土器設(shè)備由反力支架、取土管及管靴和電動(dòng)推桿部分組成；計(jì)算機(jī)與CCD相機(jī)連接并設(shè)置自動(dòng)讀數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的透明土由正十二烷和十五號(hào)白油在24^oC溫度下按1:4質(zhì)量比混合而成的溶液與烘烤石英砂顆粒制配而成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的透明模型箱由樹(shù)脂玻璃制作，形狀為上部開(kāi)口的長(zhǎng)方體，長(zhǎng)、寬100 mm-150 mm，高度為300 mm-500 mm，壁厚5 mm-10 mm，底部對(duì)稱(chēng)突出，尺寸為200 mm × 200 mm，預(yù)留螺孔，用于將其固定在光學(xué)平臺(tái)；其中一側(cè)面由精密機(jī)床標(biāo)有一系列參考點(diǎn)，并漆成紅色，用于測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定和校正，同時(shí)可進(jìn)行像素坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)化。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的光學(xué)平臺(tái)尺寸長(zhǎng)1000 mm-2000 mm，寬1000 mm-1500 mm，高800 mm-1000 mm，臺(tái)面厚度200 mm-400 mm，桌腿截面200 mm × 200 mm。

5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的取土器設(shè)備包括反力支架、取土管及管靴和電動(dòng)推桿，反力支架固定于光學(xué)平臺(tái)上，支架頂梁通過(guò)螺栓與電動(dòng)推桿連接，電動(dòng)推桿下端通過(guò)孔道與取土管連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的激光器為半導(dǎo)體片光源，可提供0-3 W之間任意穩(wěn)定功率。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的CCD相機(jī)分辨率50 w-1000 w，幀數(shù)15，幀曝光，曝光時(shí)間100 μs - 30 s，CCD相機(jī)通過(guò)底部螺栓固定在測(cè)試臺(tái)架上，通過(guò)調(diào)節(jié)支架高度和角度，可得到理想的CCD相機(jī)視場(chǎng)，整個(gè)測(cè)試臺(tái)架固定在光學(xué)平臺(tái)上。

8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的計(jì)算機(jī)使用的圖像處理軟件為PIV軟件，可處理取土過(guò)程中CCD相機(jī)拍攝的一系列散斑場(chǎng)圖片，得到土體內(nèi)部位移。

9.基于權(quán)利要求1所述的一種取土過(guò)程中土體內(nèi)部位移測(cè)量模型試驗(yàn)裝置的使用方法，包括以下技術(shù)步驟：

（1）按試驗(yàn)參數(shù)要求配制相應(yīng)透明土，置入透明模型箱內(nèi)，并將透明模型箱通過(guò)螺栓固定在光學(xué)平臺(tái)上；

（2）根據(jù)透明模型箱位置，確定取土器設(shè)備、激光器、CCD相機(jī)在光學(xué)平臺(tái)上的位置，其中CCD相機(jī)鏡頭所在平面平行于透明模型箱一外立面，取土器中心對(duì)準(zhǔn)透明模型箱中心，并保證其垂直；

（3）打開(kāi)激光器，待功率穩(wěn)定后，調(diào)整激光切面的角度，使其垂直打入透明土，形成散斑場(chǎng)；

（4）調(diào)整CCD相機(jī)視場(chǎng)，使其涵括整個(gè)取土畫(huà)面，并設(shè)置為自動(dòng)連續(xù)拍攝模式；

（5）開(kāi)啟取土器的電動(dòng)推桿，使其下端緩慢勻速下降，將取土管及管靴靜壓入土；

（6）待取土管壓入設(shè)計(jì)取土深度處，斷開(kāi)電動(dòng)推桿，使取土管中的土樣與透明模型箱內(nèi)的土樣分離；

（7）打開(kāi)電動(dòng)氣泵，抽氣形成負(fù)壓，吸住土樣，開(kāi)啟電動(dòng)推桿，使其下端緩慢勻速上升，使取土器向上提土，最終取土管被電動(dòng)推桿從透明模型箱內(nèi)的土樣中緩緩拔出；

（8）取土完成后，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理軟件對(duì)獲得的散斑場(chǎng)圖像進(jìn)行分析，得到取土過(guò)程中土體內(nèi)部的位移場(chǎng)。