[发明专利]上拔过程中吸力桶基础内部破坏机理的试验装置及方法

权利要求书

1.上拔过程中吸力桶基础内部破坏机理的试验装置的试验方法，其特征在于，所述的试验装置主要由电源(1)、透明土试样模型箱(2)、加载系统(3)、升降试验平台(4)、激光器(5)、电脑(6)、CCD工业相机(7)、吸力桶模型(9)和荧光颗粒(12)组成；

所述的升降试验平台(4)主要由外壳、实心圆柱杆(4b)、光学平台板(4c)和试验平台底座(4e)组成；所述的实心圆柱杆(4b)共四根，垂直固定在试验平台底座(4e)的四角，实心圆柱杆(4b)外壁上设有套丝(4a)；所述的光学平台板(4c)上设有四个通孔，与实心圆柱杆(4b)的位置相对应，实心圆柱杆(4b)穿过光学平台板(4c)上的通孔，光学平台板(4c)通过固定螺帽(4d)固定在实心圆柱杆(4b)上，通过调节光学平台板(4c)在实心圆柱杆(4b)上的位置实现整个平台的升降；所述的外壳为上下开口的长方体结构，套在实心圆柱杆(4b)、光学平台板(4c)和试验平台底座(4e)的外部；

所述的透明土试样模型箱(2)为上部开口的长方体箱体，置于光学平台板(4c)上；透明土试样模型箱(2)内部填充透明土试样，透明土试样模型箱(2)中上部的透明土试样中均匀混有荧光颗粒(12)；

所述的吸力桶模型(9)为底部开口、顶部密封的桶型结构，垂直贯入透明土试样中；吸力桶模型(9)的顶部中心设有螺杆(10)，用于连接加载系统(3)；吸力桶模型(9)的顶部安装有万向水平仪(11)，用于控制加载系统(3)与螺杆(10)连接的垂直度；所述的加载系统(3)安装在螺杆(10)上，与吸力桶模型(9)成为一体，加载系统(3)对吸力桶模型(9)稳定施加持续荷载或循环荷载，控制吸力桶模型(9)的贯入速度和上拔速度；

所述的激光器(5)用于提供连续激光光源，激光器(5)位于透明土试样模型箱(2)的侧面，通过柱面透镜照射在吸力桶模型(9)内部，产生扇面激光散斑图像；

所述的CCD工业相机(7)用于拍摄不同时刻激光器(5)在吸力桶模型(9)内部形成的激光散斑图像，CCD工业相机(7)位于透明土试样模型箱(2)的侧面，与激光器(5)所在的透明土试样模型箱(2)的侧面相邻；

所述的加载系统(3)和电脑(6)与电源(1)相连接，所述的激光器(5)和CCD工业相机(7)与电脑(6)相连接；

所述的试验方法，具体步骤如下：

步骤一、透明土试样的配置：选用粒径为1-20μm的透明土颗粒材料模拟黏土作为透明土试样，孔隙液为3号白油和15号白油的均匀混合溶液；透明土试样置于透明土试样模型箱(2)中，再将孔隙液充入透明土试样模型箱(2)中；将透明土试样模型箱(2)密封抽真空，形成饱和的透明土试样；

步骤二、荧光颗粒(12)填充：将荧光颗粒(12)加入孔隙液中并搅拌均匀，再将混有荧光颗粒(12)的孔隙液填充至透明土试样的上部；

步骤三、吸力桶模型(9)的贯入：通过加载系统(3)将吸力桶模型(9)垂直贯入到透明土试样的指定位置；

步骤四、试验设备连接与布置：将电源(1)、透明土试样模型箱(2)、升降试验平台(4)、激光器(5)、CCD工业相机(7)和电脑(6)完成连接与布置；

步骤五、图像采集设备的调节与安装：调整激光器(5)的激光扇面初始位置，打开激光器(5)并调节强度；将CCD工业相机(7)的镜头垂直于透明土试样模型箱(2)的侧面，激光器(5)垂直于相邻侧面，使CCD工业相机(7)的镜头垂直于激光散斑的亮面；

步骤六、图像采集：用CCD工业相机(7)记录吸力桶模型(9)在不同加载方式和不同上拔速率作用下激光扇面的初始状态图片；

步骤七、施加荷载：待初始状态的图片采集完毕后，通过加载系统(3)对吸力桶模型(9)施加上拔力，施加荷载的方式为持续荷载或循环荷载；以间隔时间t进行定时采样，记录孔隙液上升的高度、透明土颗粒的移动以及渗流的水流方向，直至实验结束；

步骤八、数据后处理：对步骤七中得到的位移和速度数据进行后处理，包括局部滤波法处理局部的异常数据和亚像素插值法给出局部缺失或者异常的数据；

步骤九、分析吸力桶模型(9)内部破坏机理：根据CCD工业相机(7)的标定参数，由所得的像素表示的位移和速度及窗口的位置数据得出对应的灰度值；然后利用两幅图像的相关性分析间隔时间t内、目标区域内透明土颗粒的基本形态变化、孔隙率的变化、吸力桶模型(9)桶顶与透明土颗粒顶面之间拓空区孔隙液高度的变化，来分析目标区域的细观变化、局部化变形，追踪变形破坏的产生、发展与演化全过程，实现对观测区域变形的定性与定量分析，以揭示吸力桶模型(9)在不同上拔形式和上拔速率影响下的破坏机理。