[发明专利]离心条件下群桩透明土模型实验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种离心条件下群桩透明土模型实验装置，其特征在于，包括离心机(4)、吊篮(15)、实验槽(12)和观察及检测装置；所述离心机(4)包括平衡配重(1)、旋转主轴(2)、机座(3)和转臂(6)，所述旋转主轴(2)衔接于机座(3)，平衡配重(1)设置在旋转主轴(2)左侧，转臂(6)设置在旋转主轴(2)右侧；所述吊篮(15)通过关节轴承(8)与转臂(6)相连接；所述实验槽(12)内置于吊篮(15)中；

所述观察及检测装置包括固态激光模块(5)、光学组件(18)、相机(13)和位移计(17)；所述固态激光模块(5)、光学组件(18)通过光纤(7)连接在一起，固态激光模块(5)内置于转臂(6)左端，所述光学组件(18)设置在实验槽(12)外侧，且每个光学组件(18)都对应一个固态激光模块(5)；

所述实验槽(12)内置透明土(11)和群桩模型(10)，实验槽(12)上部衔接支架(9)、机械手(16)和位移计(17)，实验槽(12)左侧、正侧相应位置设置有观察窗(19)，实验槽(12)右侧相应位置处设置有进光窗(23)；所述观察窗(19)的相应位置处设置有相机(13)；所述群桩模型(10)内置反光镜(21)。

2.根据权利要求1所述的离心条件下群桩透明土模型实验装置，其特征在于，所述相机(13)由固定架(14)固定。

3.一种如权利要求1所述的离心条件下群桩透明土模型实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配置实验用的透明土(11)；待配置好后，将透明土(11)放置在真空中，去除透明土(11)中的空气；然后采用20～35kPa以上的不排水剪切强度对透明土(11)进行固结；最后在透明土(11)配制过程中撒入2％～3％体积的荧光颗粒；

2)将配置好的饱和透明土(11)均匀地放入实验槽(12)中；

3)制作群桩模型(10)，群桩模型(10)有两组：一组是模拟单排群桩，另一组模拟多排群桩；将群桩模型(10)插入透明土(11)中；

4)将支架(9)放置在实验槽(12)上部，然后放置机械手(16)，机械手(16)上端与支架(9)相连接且位于支架(9)中央，机械手(16)下端与群桩模型(10)的承台(20)相连接；

5)放置位移计(17)，其上端与支架(9)相连接，下端与群桩模型(10)的承台(20)相连接；

6)根据观测点的位置调节并记录相机(13)的高度、拍摄的转角以及相机(13)几何坐标等重要参数；

7)开启固态激光模块(5)，产生稳定激光束，激光束沿着光纤(7)传递到光学组件(18)，通过光学组件(18)后，形成较大的激光面(22)照射到透明土(11)中，并形成全面覆盖的散斑面；

8)开启离心机(4)，当离心机(4)转动后，吊篮(15)及其内部的透明土(11)、群桩模型(10)绕着关节轴承(8)旋转，最后与转臂(6)平行；

9)使用GeoPIV分别分析来自相机(13)的图像以获得从每个相机(13)观察到的二维位移，然后使用立体三角测量法合并相应的二维位移以产生样本的三维变形。

4.根据权利要求3所述的离心条件下群桩透明土模型实验装置的实验方法，其特征在于，所述步骤1)中，采用水晶硅骨料和孔隙流体制作透明土(11)，孔隙流体由白油和石蜡溶剂混合，其体积比例为2.5～3.5。