[發明專利]離心條件下群樁透明土模型實驗裝置及其實驗方法

在審

• 申請號: 201810361266.7
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108318665A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 齊昌廣;賴文杰;鄭金輝;左殿軍
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01B11/16
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種離心條件下群樁透明土模型實驗裝置，包括離心機、吊籃、實驗槽和觀察及檢測裝置；所述離心機包括平衡配重、旋轉主軸、機座和轉臂，所述旋轉主軸銜接于機座，平衡配重設置在旋轉主軸左側，轉臂設置在旋轉主軸右側；所述吊籃通過關節軸承與轉臂相連接；所述實驗槽內置于吊籃中。本發明的有益效果是：本發明摒棄透明土實驗技術常用的風機式激光器，采用體積更加緊湊的、功率可調的小型固態激光模塊，并將激光模塊靠近離心機的旋轉主軸的方位安裝，最大程度地減小離心力對激光模塊的影響，確保激光模塊正常工作，產生穩定激光束。

技術領域

本發明涉及一種土體內部三維變形可視化領域，特別涉及一種離心條件下群樁透明土模型實驗裝置及其實驗方法。

背景技術

傳統的室內模擬實驗測量只能獲得土體宏觀的變形和邊界區域的變形。為了能夠直觀的觀測到土體內部變形、滲流等現象，在20世紀90年一種具有與天然土體相似性質的透明土壤被人工合成出來。之后透明土迅速在巖土工程物理模擬實驗中得到廣泛的應用，使得非侵入連續觀測土體內部任意點的變形成為可能，并可以有效避免傳統的觀測方法對實驗結果的干擾。在傳統土工離心機透明土非侵入可視化實驗中，它是通過觀察窗以半空間對稱的方式進行土-結構變形觀測的，并使用數碼相機和數字圖像處理技術，測量土體變形。然而，該實驗技術仍舊存在一定的局限性，在該實驗中激光束由風機式激光器發射出來，但是風機式激光器體積大，容易對離心機造成較大的負擔，比如離心機需要采用大功率才能將風機式激光器和群樁實驗裝置一同旋轉起來，在這個過程中對離心機造成較大的負荷，其次在離心機的作用下，風機式激光器無法產生穩定的激光束，這將會導致實驗數據產生誤差，從而影響實驗的進行；另一個方面，在平面應變模型實驗技術中產生的激光束覆蓋面積太小，無法在透明土上形成理想的散斑面，從而無法獲取精確的實驗數據；另外傳統的土工離心機群樁實驗中只能通過數碼相機和數字圖像處理技術得到土體的二維變形場，但是無法得到群樁的三維變形場。

因此，目前亟需尋求一種體積小且能夠產生穩定激光束的激光器、激光束在土體中形成大面積散斑面及采用相應技術獲得群樁的三維變形場的群樁透明土模型實驗裝置顯得極為重要。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種離心條件下群樁透明土模型實驗裝置及其實驗方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

這種離心條件下群樁透明土模型實驗裝置，包括離心機、吊籃、實驗槽和觀察及檢測裝置；所述離心機包括平衡配重、旋轉主軸、機座和轉臂，所述旋轉主軸銜接于機座，平衡配重設置在旋轉主軸左側，轉臂設置在旋轉主軸右側；所述吊籃通過關節軸承與轉臂相連接；所述實驗槽內置于吊籃中；

所述觀察及檢測裝置包括固態激光模塊、光學組件、相機和位移計；所述固態激光模塊、光學組件通過光纖連接在一起，固態激光模塊內置于轉臂左端，所述光學組件設置在實驗槽外側，且每個光學組件都對應一個固態激光模塊；

所述實驗槽內置透明土和群樁模型，實驗槽上部銜接支架、機械手和位移計，實驗槽左側、正側相應位置設置有觀察窗，實驗槽右側相應位置處設置有進光窗；所述觀察窗的相應位置處設置有相機；所述群樁模型內置反光鏡。

作為優選：所述相機由固定架固定。

這種離心條件下群樁透明土模型實驗裝置的實驗方法：包括以下步驟：

1)配置實驗用的透明土；待配置好后，將透明土放置在真空中，去除透明土中的空氣；然后采用20～35kPa以上的不排水剪切強度對透明土進行固結；最后在透明土配制過程中撒入2％～3％體積的熒光顆粒；

2)將配置好的飽和透明土均勻地放入實驗槽中；

3)制作群樁模型，群樁模型有兩組：一組是模擬單排群樁，另一組模擬多排群樁；將群樁模型插入透明土中；

4)將支架放置在實驗槽上部，然后放置機械手，機械手上端與支架相連接且位于支架中央，機械手下端與群樁模型的承臺相連接；