[發明專利]一種巖土多場測量試驗系統及方法

有效

• 申請號: 202010587385.1
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111829894B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 莊培芝;岳紅亞;宋修廣;楊鶴;郭旭;遲朝明;張宏博
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/06;G01N3/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 武博

本發明公開了一種巖土多場測量試驗系統及方法，其技術方案為：包括試驗支撐系統、加載系統和數據采集系統，試驗支撐系統包括模型槽、支撐框架和填筑設備，模型槽與支撐框架固定連接，填筑設備設置于模型槽上方；加載系統包括反力裝置和加載裝置，反力裝置包括環形構件和頂升部件，加載裝置與環形構件頂部固定，環形構件底部連接頂升部件，環形構件與支撐框架相連；數據采集系統包括與加載裝置固定的應力數據采集模塊、與環形構件底部固定的位移數據采集模塊，還包括設于模型槽底部的溫度場數據采集模塊和速度場數據采集模塊。本發明結合紅外熱技術和圖像處理技術，實現了溫度場、速度場的測量和記錄，滿足巖土工程多場復雜條件的試驗測量需求。

技術領域

本發明涉及巖土工程領域，尤其涉及一種巖土多場測量試驗系統及方法。

背景技術

土體和結構物的承載力和變形關系到整個受力體系的穩定性和安全性，是巖土工程專業主要研究和解決的問題。受限于現場試驗的復雜性、高成本等因素，常采用物理模型試驗(縮尺試驗)模擬研究各種巖土工程中結構物-土相互作用機制，獲取承載力和變形數據，為數值模擬驗證和計算理論體系構建提供物理基礎。

目前，對于結構物極限承載力測試技術已經較為成熟，可通過分級加載或者位移控制加載獲得承載特性，進而通過幾何和應力相似比得出原型結構極限承載力。伴隨著數字圖像技術(DIC)的引入和發展，實現了對受理過程中結構物周圍土體位移場系統的捕捉和監測，為揭示結構物破壞機理提供試驗支撐。由于巖土工程問題的復雜性，除應力場和位移場之外，還涉及溫度場、濕度場和化學場等多場耦合作用(如能量樁、壩體侵蝕等)，傳統的試驗裝置難以實現對溫度場、濕度場和化學場數據測量。因此亟待尋求測量技術的提升和突破，滿足巖土工程問題對多場數據捕獲的需求。

此外，目前常用的試驗裝置往往針對于某個工程技術問題設計制造，其構建尺寸、加載方式和測量內容等具有一定的針對性和局限性，難以推廣應用至其他技術問題，造成一定的資源浪費。在實際情況下，結構物的受力方向具有隨機性(如地震荷載作用，地下開挖)，但現有試驗裝置往往針對于某些特定加載方向(如豎向、水平方向)，沒有考慮對于多角度加載的需求。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種巖土多場測量試驗系統及方法，結合紅外熱技術和圖像處理技術，實現了溫度場、速度場的測量和記錄，滿足巖土工程多場復雜條件的試驗測量需求。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

第一方面，本發明的實施例提供了一種巖土多場測量試驗系統，包括：

試驗支撐系統，包括模型槽、支撐框架和填筑設備，模型槽與支撐框架固定連接，所述填筑設備設置于模型槽上方；

加載系統，包括反力裝置和加載裝置，反力裝置包括環形構件和頂升部件，加載裝置與環形構件頂部固定，環形構件底部連接頂升部件，環形構件與支撐框架相連且其位置可通過頂升部件調節；

數據采集系統，包括與加載裝置固定的應力數據采集模塊、與環形構件底部固定的位移數據采集模塊，還包括設于模型槽底部的溫度場數據采集模塊和速度場數據采集模塊。

作為進一步的實現方式，所述支撐框架間隔設置兩組，每組支撐框架包括兩個對稱安裝的縱梁，縱梁之間從上至下依次安裝上部橫梁、中部橫梁和下部橫梁，其中，中部橫梁和下部橫梁與縱梁滑動連接。

作為進一步的實現方式，所述環形構件頂部與中部橫梁相連，環形構件兩側與縱梁滑動連接，加載裝置的安裝位置與環形構件的中心軸線重合，且環形構件中心軸線相對的位置分別連接一個拉桿。

作為進一步的實現方式，所述縱梁內側固定滑動導軌，中部橫梁、下部橫梁及環形構件的兩側分別與滑動導軌滑動連接。

作為進一步的實現方式，所述應力數據采集模塊為設于環形構件頂部的拉桿一側的應力傳感器，位移數據采集模塊為設于環形構件底部的拉桿一側的位移傳感器。