[发明专利]土体内部可视化三维变形测量方法

说明书

本发明涉及一种土体内部可视化三维变形测量方法，包括步骤：1)采用铝板制作实验槽；2)在实验槽内配置实验用的透明土；3)将观测对象插入透明土中；4)在观察窗相应位置处设置相机，在进光窗相应位置处设置光学组件与激光器；5)根据观测点的位置调节并记录相机的高度、拍摄的转角以及相机几何坐标等重要参数；6)开启激光器；7)使用GeoPIV分别分析来自每台相机拍摄的图像以获得从每台相机观察到的二维位移，然后使用立体摄影测量法合并相应的二维位移以产生样本的三维变形。本发明的有益效果是：本发明采用透明土代替普通土体，可以实现在不扰动土体的前提下直接观测模型实验的土体的变形情况，并用相机记录土体的变形情况。

技术领域

本发明涉及一种土体内部变形测量方法，特别涉及一种土体内部可视化三维变形测量方法。

背景技术

透明土是一种与天然土体存在相似性质的透明土壤，在20世纪90年代被人工合成出来。在透明土未被人工合成出来之前，在土体模拟实验中，只能获得土体宏观的变形和边界区域的变形。而在透明土出现后，在土体模拟实验中，可以实现非侵入连续观测土体内部任意点的变形，并可以有效避免传统的观测方法对实验结果的干扰。传统透明土非侵入可视化实验中，它是通过观察窗以半空间对称的方式进行土结构变形观测的，并使用数码相机和数字图像处理技术，测量土体变形。然而，传统实验采用的透明土可视深度在5～10cm，对更深处的土体变形无法进行观测，限制了实验模型的大小。其次，传统实验针对单一规则的观测对象有较好的效果，当观测对象为群体不规则时，观测效果不是很良好。另外采用数码相机拍摄图片，并结合数字图像处理技术对图片进行处理，最终只能获取观测点的二维变形，无法得到观察点的三维变形。

因此，目前亟需寻求一种在群体不规则的观测对象下能够观测到土体深处的位移、变形以及采用相应技术获得土体三维变形场的测量方法显得极为重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种土体内部可视化三维变形测量方法。

这种土体内部可视化三维变形测量方法，包括以下步骤：

1)采用铝板制作实验槽；在实验槽的后侧和右侧开设垂直的进光窗，进光窗的中心与实验槽侧边中点对应；在实验槽的前侧和左侧开设垂直的观察窗；开设位置安装透明玻璃；利用亚克力材料制作观测对象；

2)在实验槽内配置实验用的透明土；待配置好后，将透明土放置在真空中，去除透明土中的空气；然后采用20～35kPa以上的不排水剪切强度对透明土进行固结；最后在透明土配制过程中撒入2％～3％体积的荧光颗粒；

3)将观测对象插入透明土中；

4)在观察窗相应位置处设置相机，在进光窗相应位置处设置光学组件与激光器；

5)根据观测点的位置调节并记录相机的高度、拍摄的转角以及相机几何坐标等重要参数；

6)开启激光器，产生稳定激光束，激光束沿着光纤传递到光学组件，通过光学组件后，形成激光面照射到透明土中，并形成全面覆盖的散斑面；同时利用相机跟踪拍摄观测对象与周围土体的位移、变形情况；

7)使用GeoPIV分别分析来自每台相机拍摄的图像以获得从每台相机观察到的二维位移，然后使用立体摄影测量法合并相应的二维位移以产生样本的三维变形。

作为优选：所述步骤1)中，观测对象可以是单一规则对称的，也可以是群体不规则不对称的。

作为优选：所述步骤2)中，采用水晶硅骨料和孔隙流体制作透明土，孔隙流体由白油和石蜡溶剂混合，其体积比例为2.5～3.5。

作为优选：所述步骤4)中，在观察窗相应位置处各设置两台相机。

本发明的有益效果是：