一种岩土多场测量试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种岩土多场测量试验系统及方法，其技术方案为：包括试验支撑系统、加载系统和数据采集系统，试验支撑系统包括模型槽、支撑框架和填筑设备，模型槽与支撑框架固定连接，填筑设备设置于模型槽上方；加载系统包括反力装置和加载装置，反力装置包括环形构件和顶升部件，加载装置与环形构件顶部固定，环形构件底部连接顶升部件，环形构件与支撑框架相连；数据采集系统包括与加载装置固定的应力数据采集模块、与环形构件底部固定的位移数据采集模块，还包括设于模型槽底部的温度场数据采集模块和速度场数据采集模块。本发明专利技术结合红外热技术和图像处理技术，实现了温度场、速度场的测量和记录，满足岩土工程多场复杂条件的试验测量需求。

【技术实现步骤摘要】
一种岩土多场测量试验系统及方法
本专利技术涉及岩土工程领域，尤其涉及一种岩土多场测量试验系统及方法。
技术介绍
土体和结构物的承载力和变形关系到整个受力体系的稳定性和安全性，是岩土工程专业主要研究和解决的问题。受限于现场试验的复杂性、高成本等因素，常采用物理模型试验(缩尺试验)模拟研究各种岩土工程中结构物-土相互作用机制，获取承载力和变形数据，为数值模拟验证和计算理论体系构建提供物理基础。目前，对于结构物极限承载力测试技术已经较为成熟，可通过分级加载或者位移控制加载获得承载特性，进而通过几何和应力相似比得出原型结构极限承载力。伴随着数字图像技术(DIC)的引入和发展，实现了对受理过程中结构物周围土体位移场系统的捕捉和监测，为揭示结构物破坏机理提供试验支撑。由于岩土工程问题的复杂性，除应力场和位移场之外，还涉及温度场、湿度场和化学场等多场耦合作用(如能量桩、坝体侵蚀等)，传统的试验装置难以实现对温度场、湿度场和化学场数据测量。因此亟待寻求测量技术的提升和突破，满足岩土工程问题对多场数据捕获的需求。此外，目前常用的试验装置往往针对于某个工程技术问题设计制造，其构建尺寸、加载方式和测量内容等具有一定的针对性和局限性，难以推广应用至其他技术问题，造成一定的资源浪费。在实际情况下，结构物的受力方向具有随机性(如地震荷载作用，地下开挖)，但现有试验装置往往针对于某些特定加载方向(如竖向、水平方向)，没有考虑对于多角度加载的需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种岩土多场测量试验系统及方法，结合红外热技术和图像处理技术，实现了温度场、速度场的测量和记录，满足岩土工程多场复杂条件的试验测量需求。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本专利技术的实施例提供了一种岩土多场测量试验系统，包括：试验支撑系统，包括模型槽、支撑框架和填筑设备，模型槽与支撑框架固定连接，所述填筑设备设置于模型槽上方；加载系统，包括反力装置和加载装置，反力装置包括环形构件和顶升部件，加载装置与环形构件顶部固定，环形构件底部连接顶升部件，环形构件与支撑框架相连且其位置可通过顶升部件调节；数据采集系统，包括与加载装置固定的应力数据采集模块、与环形构件底部固定的位移数据采集模块，还包括设于模型槽底部的温度场数据采集模块和速度场数据采集模块。作为进一步的实现方式，所述支撑框架间隔设置两组，每组支撑框架包括两个对称安装的纵梁，纵梁之间从上至下依次安装上部横梁、中部横梁和下部横梁，其中，中部横梁和下部横梁与纵梁滑动连接。作为进一步的实现方式，所述环形构件顶部与中部横梁相连，环形构件两侧与纵梁滑动连接，加载装置的安装位置与环形构件的中心轴线重合，且环形构件中心轴线相对的位置分别连接一个拉杆。作为进一步的实现方式，所述纵梁内侧固定滑动导轨，中部横梁、下部横梁及环形构件的两侧分别与滑动导轨滑动连接。作为进一步的实现方式，所述应力数据采集模块为设于环形构件顶部的拉杆一侧的应力传感器，位移数据采集模块为设于环形构件底部的拉杆一侧的位移传感器。作为进一步的实现方式，所述温度场数据采集模块包括红外热像仪和红外热源，红外热源连接模型槽；所述红外热像仪位于模型槽底部，且与计算机相连。作为进一步的实现方式，所述速度场数据采集模块包括设于模型槽下方的CCD相机，所述CCD相机连接计算机。作为进一步的实现方式，还包括激光器、同步器、示踪粒子发生器，示踪粒子发生器与支撑框架固定，所述激光器通过同步器连接计算机；激光器的发射口设置反光镜，反光镜一侧设置透镜。作为进一步的实现方式，所述模型槽一侧设置进口，另一侧设置出口。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种岩土多场测量试验方法，采用所述的试验系统，包括：调整支撑框架和模型槽，通过填料设备向模型槽内填筑结构物；填筑填料，达到设定高度之后，安装加载装置；将加载装置与应力数据采集模块连接，调整环形构件位置，安装位移数据采集模块；连接温度场数据采集模块和速度场数据采集模块，打开温度场数据采集模块的红外热源，向模型槽内输送热量；启动示踪粒子发生器，向模型槽内发射示踪粒子；开启激光器和同步器，同时启动加载装置和数据采集模块，记录荷载、位移、温度场和速度矢量场变化；处理CCD图像，获得速度位移场，并与红外热像仪得出的温度场耦合形成温度矢量场。上述本专利技术的实施例的有益效果如下：(1)本专利技术的一个或多个实施方式结合红外热技术和图像处理技术，实现了温度场、速度场的测量和记录，满足岩土工程多场复杂条件的试验测量需求；(2)本专利技术的一个或多个实施方式通过设置环形构件及同轴设置的拉杆，实现了荷载或位移360°方向加载，满足岩土工程问题中多角度变形模拟要求；同轴拉杆的设置可有效解决加载过程中结构物偏离加载方向问题，提高测量结果精度；(3)本专利技术的一个或多个实施方式各构件设置灵活，位置可调，可实现对多种工程问题如地基承载力、地下锚固结构承载力、高压注浆、坝体侵蚀、桩基承载力、挡土墙稳定性等工程模型的模拟研究，具有广泛的适用性。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的主视图；图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的侧视图；图3是本专利技术根据一个或多个实施方式的温度场和速度场采集模块示意图；其中，1、底座，2、千斤顶，3、滑动导轨，4、拉杆，5、位移传感器，6、中部横梁，7、进口，8、纵梁，9、模型槽，10、示踪粒子发生器，11、应力传感器，12、加载装置，13、环形构件，14、填料装置，15、移动式电动升降设备，16、计算机，17、同步器，18、激光器，19、反光镜，20、透镜，21、CCD相机，22、红外热像仪，23、上部横梁，24、下部横梁，25、出口，26、第一连接件，27、第二连接件。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语解释部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩土多场测量试验系统，其特征在于，包括：/n试验支撑系统，包括模型槽、支撑框架和填筑设备，模型槽与支撑框架固定连接，所述填筑设备设置于模型槽上方；/n加载系统，包括反力装置和加载装置，反力装置包括环形构件和顶升部件，加载装置与环形构件顶部固定，环形构件底部连接顶升部件，环形构件与支撑框架相连且其位置可通过顶升部件调节；/n数据采集系统，包括与加载装置固定的应力数据采集模块、与环形构件底部固定的位移数据采集模块，还包括设于模型槽底部的温度场数据采集模块和速度场数据采集模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩土多场测量试验系统，其特征在于，包括：
试验支撑系统，包括模型槽、支撑框架和填筑设备，模型槽与支撑框架固定连接，所述填筑设备设置于模型槽上方；
加载系统，包括反力装置和加载装置，反力装置包括环形构件和顶升部件，加载装置与环形构件顶部固定，环形构件底部连接顶升部件，环形构件与支撑框架相连且其位置可通过顶升部件调节；
数据采集系统，包括与加载装置固定的应力数据采集模块、与环形构件底部固定的位移数据采集模块，还包括设于模型槽底部的温度场数据采集模块和速度场数据采集模块。


2.根据权利要求1所述的一种岩土多场测量试验系统，其特征在于，所述支撑框架间隔设置两组，每组支撑框架包括两个对称安装的纵梁，纵梁之间从上至下依次安装上部横梁、中部横梁和下部横梁，其中，中部横梁和下部横梁与纵梁滑动连接。


3.根据权利要求2所述的一种岩土多场测量试验系统，其特征在于，所述环形构件顶部与中部横梁相连，环形构件两侧与纵梁滑动连接，加载装置的安装位置与环形构件的中心轴线重合，且环形构件中心轴线相对的位置分别连接一个拉杆。


4.根据权利要求2所述的一种岩土多场测量试验系统，其特征在于，所述纵梁内侧固定滑动导轨，中部横梁、下部横梁及环形构件的两侧分别与滑动导轨滑动连接。


5.根据权利要求3所述的一种岩土多场测量试验系统，其特征在于，所述应力数据采集模块为设于环形构件顶部的拉杆一侧的应力传感器，位移数据采集模块为设于环形构件底部的拉杆一侧的位移传感器。

【专利技术属性】
技术研发人员：庄培芝，岳红亚，宋修广，杨鹤，郭旭，迟朝明，张宏博，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37