[發明專利]一種土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201810347498.7
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108760514B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 岑威鈞;都旭煌;陳司寧;李鄧軍;羅佳瑞;王輝;耿利彥
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/30;G01N3/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種基于三維DIC的土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，土工膜上散斑噴灑：將裁剪好的土工膜單面均勻噴灑散斑，散斑要求在三維DIC測量系統中記錄的數字圖像不低于3個像素；

步驟2，土石料填充：在墊層室內填充土石料，用于模擬土工膜墊層；

步驟3，土工膜放置：將土工膜平鋪在步驟2填充的土石料表面，并將噴灑有散斑的一面朝上；

步驟4，壓力室及加壓系統安裝：將壓力室置于土工膜上方，并使墊層室，土工膜和壓力室之間形成密封可拆卸連接；加壓系統通過輸水管與壓力室相連接，并使壓力室內注滿水體；

步驟5，安裝鹵素燈和CCD相機：將鹵素燈同軸安裝在壓力室的正上方，兩個CCD相機對稱安裝在鹵素燈的兩側，兩個CCD相機均與計算機電連；調整CCD相機與土工膜之間的距離和放置角度，使土工膜上表面的散斑在三維DIC測量系統中清晰呈像；

步驟6，CCD相機的標定：標定時，先將標定板平放在壓力室與CCD相機之間，并使標定板的特征面面向CCD相機，多次變換其空間姿態使標定板上的特征圖案具有不同的空間位置，CCD相機同時對標定板的每個姿態進行成像，通過圖像處理技術識別多個特征點，利用特征點間的空間關系求解相機的內外參數；

步驟7，土工膜水力頂破和顆粒刺破變形試驗：啟動加壓系統和三維DIC測量系統，試驗過程中加壓系統按照設定的加壓速率分級加壓，記錄加壓過程，同時對壓力室內的水壓力進行監測；與此同時，三維DIC測量系統中兩個CCD相機按照設定采集速率，對土工膜表面上的散斑進行數字圖像拍攝，并將拍攝的數字圖像傳輸給計算機；

步驟8，土工膜變形和應變發展過程記錄：計算機對拍攝的數字圖像進行處理；具體處理方法為：先對同一時刻下兩個CCD相機拍攝的散斑的左右兩張數字圖像進行立體匹配，計算得到左右兩張數字圖像中對應散斑點的視差，從各散斑點的視差數據和步驟6中已獲得的標定后的相機內外參數，實現對土工膜表面三維形貌的重構；然后，對單個相機拍攝的一系列土工膜表面散斑變形的數字圖像進行時序匹配，結合時序匹配和立體匹配，可計算得到各散斑點在變形過程中的空間三維坐標，進一步計算變形前后土工膜表面各散斑點的三維坐標，從而獲得土工膜水力頂破和顆粒刺破變形的位移分布，也即土工膜在上方水壓和下方土石料的頂托作用下的變形和應變發展過程；

步驟9，土工膜破裂后，土石料墊層水力特性研究：持續加壓，當土工膜被水力頂破或被土石料中砂礫石顆粒刺破時，加壓系統自動記錄土工膜破壞時壓力值且持續穩壓，利用出水管上的流量計實時觀察記錄出水流量，并觀察出水是否渾濁；出水至設定時間后，加壓系統停止加壓，三維DIC測量系統停止工作，取出土工膜，測量記錄土石料沖刷坑的形狀和大小；

步驟10，土工膜厚度選擇：更換為不同厚度的土工膜，重復步驟1至步驟8，從而得到不同厚度土工膜在上方水壓和下方土石料的頂托作用下的變形和應變發展過程場，獲得不同厚度土工膜在水力頂破和刺破變形抵抗強度，根據實際工程設計，選擇合適厚度的土工膜。

2.根據權利要求1所述的基于三維DIC的土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試方法，其特征在于：所述步驟6中的標定板為方格尺寸為23mm×23mm的黑白棋盤格。

3.根據權利要求1所述的基于三維DIC的土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試方法，其特征在于：步驟6中，CCD相機標定的過程中，采用優化迭代函數對相機的內外部參數做全局優化，將定位精度不低于0.05像素所對應的CCD相機內外參數作為所求解的相機內外參數，從而避免噪聲影響和計算誤差。