本發明專利技術提供了一種異形樁樁-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置及使用方法，實驗裝置包括承臺、模型樁、模型槽、水浴槽、溫控系統、激光源以及數碼攝像裝置；模型樁為全比例尺的異形樁，設置在模型槽內，周圍布置透明土，模型槽設置在水浴槽內，且底部開設有轉軸孔，內設轉軸，轉軸帶動模型樁產生豎向位移或扭轉位移；溫控系統與水浴槽配合作用，調節樁-土接觸面溫度；模型槽上方和側面均設有激光源和數碼相機。本發明專利技術實現了可視化觀測異形樁截面凹面的剪切變形，并且可以對比不同加載方式、不同溫度、不同樁型的剪切破壞特性，對于研究全比例尺模型樁接觸面剪切具有重要意義，同時本發明專利技術的試驗裝置結構簡單，操作方便，易于實現，成本較低。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置及使用方法，屬于模型試驗
技術介紹
建筑物構件與土體之間的相互作用問題，一直是巖土工程研究的重要課題。運用數值模擬方法分析建筑物構件與土體相互作用時，接觸問題的設置對計算結果的準確性和可靠性影響巨大。目前國內外接觸面剪切破壞及剪切帶的研究大多數針對的是平面剪切的情況，然而，實際的巖土工程領域中例如粧基與土體之間，接觸問題是三維的環狀接觸問題，平面接觸不能完全如實反映接觸形式。環狀接觸面的位移變形不易測量導致環狀接觸研究相對較少，尤其是異形粧粧-土接觸面，研究甚少、進展緩慢。針對考慮溫度效應的異形粧全尺寸粧-土接觸面剪切的研究則相對更少。中國專利技術專利“土與結構相互作用的接觸面剪切試驗可視化裝置”(專利號:ZL201010182628.X)公開了一種土與結構相互作用的接觸面剪切試驗可視化裝置;該裝置利用透視窗和攝像裝置對土與結構作用的二維接觸面進行了可視化觀測;但是該專利的技術方案，不能解決三維接觸面的可視化問題。中國專利技術專利“基于試驗環境和接觸面可變的巖土模型試驗槽及試驗方法”(專利號:ZL200810046863.7)公開了一種基于試驗環境和接觸面可變的巖土模型試驗裝置;該裝置可以考慮邊坡在降雨和浸水條件下以及在不同巖土接觸面條件下的變形測量;但是既不能解決粧-土三維接觸面測量問題，也不能解決接觸面的可視化觀測問題。中國專利技術專利“土體-結構接觸面力學特性的試驗方法及試驗裝置”(專利號:ZL201310045084.6)公開了一種土體-結構接觸面力學特性的試驗裝置;該技術裝置可以對土體與結構的三維環狀接觸面力學特性進行測量;但是該技術方案，并不能可視化觀測接觸面的位移特性，并且無法對異形粧與土體之間的接觸面進行量測，也無法考慮溫度對接觸面力學特性的影響。傳統的變形測量方法測量結果往往不夠準確，同時不能給出土體內部連續變形的整個位移場。現代數字圖像技術也只局限于測量土體的宏觀或邊界變形，不能實現實際土體內部變形的可視化。利用X-射線、計算機層析掃描(CAT掃描)等方法雖然可以用來測量土體內部的連續變形，但是昂貴的費用，限制了這些技術的廣泛應用。基于透明土材料的試驗技術，以其適中的試驗成本以及可以較為精確地連續觀測土體內部變形的優點正得到逐步推廣應用。然而，目前基于透明土材料開展的可視化模型試驗研究，往往是針對整體的位移場、滲流場或者溫度場，而尚未有針對構建物與土體接觸面的相關應用研究。因此，基于透明土試驗技術，可視化研究實際全尺寸粧-土接觸面剪切時的土體內部位移，對三維接觸面剪切破壞形式研究顯得尤為重要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置及使用方法，實現可視化觀測不同溫度、不同粧型、不同加載方式下，全比例尺異形粧粧-土接觸面剪切破壞特性。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是: 異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置，其特征在于，包括承臺、模型粧、模型槽、水浴槽、溫控系統、激光源以及數碼攝像裝置； 所述模型粧為全比例尺的異形粧，設置在所述模型槽內，模型粧的周圍布置有透明土，所述模型槽設置在水浴槽內，所述模型槽和水浴槽均為透明裝置，且兩者均設置在承臺上，所述模型槽的底部對應模型粧的位置開設有轉軸孔，所述轉軸孔內設有轉軸，所述轉軸帶動模型粧產生豎向位移或繞豎向中心軸的扭轉位移； 所述溫控系統與水浴槽配合作用，調節粧-土接觸面溫度； 所述激光源包括第一激光源、第二激光源、第三激光源和第四激光源，所述第一激光源和第二激光源設置在模型槽的上方，第三激光源和第四激光源對稱設置在模型槽的側面，且位于模型粧對稱軸的兩側； 所述數碼攝像裝置包括第一數相機和第二數碼相機，所述第一數相機設置在模型槽的上方，且位于第一激光源和第二激光源的中間，所述承臺上還設有環形滑軌，所述環形滑軌繞水浴槽設置，所述第二數碼相機與環形滑軌活動連接，可沿環形滑軌移動，滑軌上設置有卡槽和刻度，用于固定第二數碼相機。前述的異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置，其特征在于，所述轉軸底部設有加載系統，所述加載系統用于控制轉軸的豎向位移或扭轉位移;所述轉軸為空心圓柱形鋼管，其上部內嵌于模型粧的底部、下部與加載系統連接，轉軸孔與轉軸之間設有環形密封墊，所述環形密封墊為橡膠材料制成。前述的異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置，其特征在于，所述溫控系統包括溫度傳感器、水浴箱、水栗、控溫液體;所述水浴槽設置有液體入口和液體出口，兩者均通過導管與水浴箱連接，所述液體入口和液體出口處均設有閥門和溫度傳感器，液體出口與水浴箱之間的導管的中部還設置有水栗，使水浴箱內的控溫液體在水浴槽與水浴箱之間循環流動，所述水浴槽的溫度控制范圍為5-80 0C。前述的異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置，其特征在于，所述水浴槽由透明有機玻璃或透明鋼化玻璃制成，所述控溫液體為純凈水或透明油，所述導管由聚乙烯材料制成。前述的異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置，其特征在于，所述模型槽采用透明有機玻璃或透明鋼化玻璃制成，模型槽的形狀為空心圓柱體或長方體，所述空心圓柱體直徑為500?800mm、高度為300?350mm、周圍壁厚為10?20mm、底面壁厚為20?40mm;所述長方體邊長為500?800mm、高度為300?350mm、周圍壁厚為10?20mm、底面壁厚為20?40mm。前述的異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置，其特征在于，所述透明土由透明固體顆粒與孔隙液體制配而成，透明固體顆粒為粒徑為0.25mm?2.0mm的全氟環狀聚合物顆粒或粒徑為0.1mm?1.0mm的恪融石英砂或粒徑為0.01mm~0.075mm的無定形二氧化娃粉末，孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液。前述的異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置，其特征在于，所述模型粧由混凝土或聚碳酸酯或有機玻璃材料制成，橫截面形狀為X形或Y形或H形或者圓形，等效直徑為400?600mm，底部中心內嵌轉軸。基于前述的異形粧粧-土接觸面破壞形式可視化試驗裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟: A，根據試驗設計要求，制作模型槽、全比例尺的模型粧和透明土； B，將模型槽置于承臺上，將轉軸穿過模型槽與加載系統相連，并將模型粧置于模型槽內，模型粧底面與模型槽底部接觸，在水浴槽周圍布置環形滑軌，在模型槽上方和側面安裝激光源和數碼攝像裝置，數碼攝像裝置通過數據線與處理裝置連接;打開激光源，檢查其在透明土體內部形成的顆粒切面明亮度，調整激光角度，分別使激光垂直和水平入射，打開對應的數碼攝像裝置，調整其鏡頭，使其能拍攝整個試驗畫面； C，按照試驗設計要求，將轉軸底部與加載系統相接;打開溫控系統，使控溫液體循環，調節粧-土接觸面溫度至穩定狀態； D，根據設計的位移速率，施加豎向或者扭轉位移，在指定位移處，暫停加載； 模型槽側面的第三激光源和第四激光源的激光入射形成切面，由模型槽上方的第一數碼相機記錄土體位移規律； 模型槽上方的第一激光源和第二激光源的激光入射形成切面，由模型槽側面的第二數碼相機圍繞滑軌一周，在固定的卡槽位置記錄加載過程中接本文檔來自技高網...
【技術保護點】
異形樁樁?土接觸面破壞形式可視化試驗裝置，其特征在于，包括承臺（22）、模型樁（2）、模型槽（1）、水浴槽（4）、溫控系統、激光源以及數碼攝像裝置；所述模型樁（2）為全比例尺的異形樁，設置在所述模型槽（1）內，模型樁（2）的周圍布置有透明土（3），所述模型槽（1）設置在水浴槽（4）內，所述模型槽（1）和水浴槽（4）均為透明裝置，且兩者均設置在承臺（22）上，所述模型槽（1）的底部對應模型樁（2）的位置開設有轉軸孔，所述轉軸孔內設有轉軸（5），所述轉軸（5）帶動模型樁（2）產生豎向位移或繞豎向中心軸的扭轉位移；所述溫控系統與水浴槽（4）配合作用，調節樁?土接觸面溫度；所述激光源包括第一激光源（13）、第二激光源（14）、第三激光源（16）和第四激光源（17），所述第一激光源（13）和第二激光源（14）設置在模型槽（1）的上方，第三激光源（16）和第四激光源（17）對稱設置在模型槽（1）的側面，且位于模型樁（2）對稱軸的兩側；所述數碼攝像裝置包括第一數相機（15）和第二數碼相機（18），所述第一數相機（15）設置在模型槽（1）的上方，且位于第一激光源（13）和第二激光源（14）的中間，所述承臺（22）上還設有環形滑軌（19），所述環形滑軌（19）繞水浴槽（4）設置，所述第二數碼相機（18）與環形滑軌（19）活動連接，可沿環形滑軌（19）移動，滑軌（19）上設置有卡槽和刻度，用于固定第二數碼相機（18）。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李春紅，孔綱強，孟珍珠，劉璐，孫學謹，張鑫蕊，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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