[发明专利]面向三维打印岩土模型的微型离心机实验装置及研究方法

权利要求书

1.一种面向三维打印岩土模型的微型离心机实验装置，其特征在于，包括计算机(1)、变频控制器(2)、异步电机(6)和离心装置；所述离心装置和所述异步电机(6)设置在一承台(3)上；所述异步电机(6)通过所述变频控制器(2)与所述计算机(1)连接；

所述离心装置包括分离式实验腔体(7)、分离式配重腔体(8)和旋转筒(11)；所述旋转筒(11)中心设有转动轴(12)，所述转动轴(12)与所述异步电机(6)的传动轴(601)通过传送带(5)连接，使所述异步电机(6)的转动轴(12)驱动所述传动轴(601)高速转动并带动所述旋转筒(11)沿水平方向高速转动；

所述分离式实验腔体(7)和所述分离式配重腔体(8)分别设置并固定在所述旋转筒(11)的内壁上且对侧设置；

所述分离式实验腔体(7)包括数码观察分析室(7021)和用于容置实验模型的模型分室(7022)，所述模型分室(7022)套装在所述数码观察分析室(7021)内侧且所述模型分室(7022)和所述数码观察分析室(7021)之间通过平行于所述旋转筒(11)转动方向设置的转轴(7026)活动连接，使所述模型分室(7022)在所述旋转筒(11)的高速转动下沿转轴转动90°；所述数码观察分析室(7021)的顶部设置有一可拆卸的数码观察分析室盖体(7023)，所述数码观察分析室盖体(7023)内侧设置有微型摄像机(7024)和LED灯源(7025)；

所述分离式配重腔体(8)包括配重腔体(802)；所述配重腔体(802)外形尺寸与所述数码观察分析室(7021)一致，且顶部配套有可拆卸的配重腔盖体；所述配重腔体(802)内开设有多道间隔且平行排列的卡槽(803)，每道所述卡槽(803)内均可按需要放置若干个配重片(804)。

2.根据权利要求1所述的面向三维打印岩土模型的微型离心机实验装置，其特征在于，在所述旋转筒(11)外侧套装有一筒形保护罩(10)，在所述保护罩(10)顶部可拆卸盖装有一有机玻璃盖板(9)；所述保护罩(10)固定在所述承台(3)上。

3.根据权利要求1所述的面向三维打印岩土模型的微型离心机实验装置，其特征在于，所述微型摄像机(7024)设置在所述数码观察分析室盖体(7023)内侧板面中央；所述LED灯源(7025)为四个，分别设置在所述数码观察分析室盖体(7023)内侧板面的四个顶角处。

4.根据权利要求3所述的面向三维打印岩土模型的微型离心机实验装置，其特征在于，所述微型摄像机(7024)至所述模型分室(7022)的垂直距离为75mm。

5.根据权利要求3所述的面向三维打印岩土模型的微型离心机实验装置，其特征在于，所述微型摄像机(7024)的图像分辨率720p，其每秒能够采集25帧图像；每个所述LED灯源(7025)的亮度为4w。

6.一种利用根据权利要求1～5中任一项权利要求所述的面向三维打印岩土模型的微型离心机实验装置实现岩土模型破坏规律研究方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、微型摄像机(7024)将采集到的照片传送至计算机(1)；其中，微型摄像机(7024)每秒能够采集25帧图像，即每隔0.04s进行一次图像采集，在实验过程中获取到多张实验模型变形至破坏的照片；

S2、对采集到的所有照片以每连续采集的两张照片为一组进行图像处理：以前一张照片作为基准，对连续两张照片上的相同监测点通过像素校核、比对和追踪计算对应点的相关性，确定测量位置的位移；

S3、通过对布设在实验模型上的多个监测点的位移变化进行计算获取模型破坏起点、模型变形至破环的时间周期、模型各监测点的破坏顺序，从而获得整个模型的变形数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在对实验模型进行三维打印时，将实验模型的理论破坏点和/或随机设定点列为模型监测点，并通过三维彩色打印对不同监测点进行不同颜色标记，便于后续图像处理过程中对不同照片中的相同监测点的确定。