[发明专利]基于投射式电容屏的大型岩体结构面剪切试验切向、法向位移的实时测量方法

说明书

一种基于投射式电容屏的大型岩体结构面剪切试验位移实时测量方法，将大型岩体结构面试样的几何信息进行剪切试验过程的三维建模，利用红外线水平仪选定剪切试验的参考原点，多条水平横线和铅锤竖线作为参考线；在上盘安装触笔，在上盘左右两侧铅锤面内各安装一块投射式电容屏，在电容屏上显示参考线；通过微电路获得位移电容信号，转换为位移数字信号，产生触笔轨迹光信号；进行信号汇总，转换为触笔轨迹电信号，进行数字信号处理，得到剪切试验的切向、法向位移及上盘的变形信息；将试样的三维模型，参考原点、参考线的信息与切向、法向位移及上盘的变形信息进行实时智能处理，传输到显示屏中实时显示。本发明提高了试验结果的准确性和科学性。

技术领域

本发明涉及基于投射式电容屏的大型岩体结构面剪切试验切向、法向位移的实时测量方法，属于室内物理力学试验技术领域。

背景技术

近几年来，随着我国经济快速发展，一些关系到国计民生的大型建设项目如中西部大型水电工程、高速公路和高速铁路、深部资源开采、战略石油储备以及核电工程等相继实施，工程区岩体的稳定性及灾变问题相当突出，尤其大型露天矿山、水利等边坡的滑坡地质灾害，轻则严重影响生产，重则造成人员伤亡和设备及矿产资源的重大损失。大量文献研究表明，大型边坡地质灾害的根本原因多为其内部的结构面在一定载荷作用下滑移，导致上覆岩体整体失稳。针对此问题，国内外学者做了大量相关研究，取得了丰硕的学术成果，但文献大多针对小型岩体结构面(结构面长度最大不超过1m)，结构面尺寸与工程现场相差较大，获得的结构面抗剪强度数据与实际值有一定差异，需进行大尺寸岩体结构面(结构面长度大于2m)剪切试验。目前，大尺寸岩体结构面剪切试验的实施还存在一些技术难题：(1)大型岩体结构面剪切试验设计和操作较复杂，测量手段落后，很难测定真实的切向和法向位移；(2)对于大型岩体粗糙结构面，剪切试验过程中容易产生偏转误差，增大了切向和法向位移误差；(3)大型岩体结构面剪切试验属于大型试验，油缸压力较大，试样重量大，存在安全隐患，而试验人员需要及时掌握剪切试验过程。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供基于投射式电容屏的大型岩体结构面剪切试验切向、法向位移的实时测量方法，能避免剪切试验过程的上盘位移和变形识别不清、上盘切向和法向位移识别不清、粗糙结构面造成试样偏转误差大、试验过程无法实时掌握的缺点，降低了剪切试验的位移测量误差，提高了试验结果的准确性和科学性，为大型岩体结构面剪切试验的设计提供科学依据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于投射式电容屏的大型岩体结构面剪切试验切向、法向位移的实时测量方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将大型岩体结构面试样的几何信息传输到智能计算机中，包括试样的长、宽、高，结构面表面形态，用于剪切试验过程的三维建模；

(2)利用红外线水平仪选定剪切试验的参考原点，并提供多条水平横线和铅锤竖线作为参考线，将参考原点和参考线的信息输入到智能计算机；

(3)根据步骤(2)提供的参考原点和参考线，利用强力胶在上盘安装触笔，在上盘左右两侧铅锤面内各安装一块投射式电容屏，在电容屏上显示参考线；调整触笔笔头位置，使笔头位于参考线上且垂直于电容屏；

(4)剪切试验过程中，上盘的位移、变形会导致触笔产生位移，此时电容屏与触笔笔头接触处电容发生变化，通过微电路获得位移电容信号；

(5)通过A/D转换器，将位移电容信号转换为位移数字信号，然后传输到微型处理器中，通过数学计算获得触笔笔头的位置信息，产生触笔轨迹光信号；

(6)通过光纤通道，将触笔的轨迹光信号传输到信号汇总处理站，进行信号汇总，并转换为触笔轨迹电信号；

(7)通过电缆，将触笔轨迹电信号传输到智能计算机，进行智能处理转换为数字信号，再利用MATLAB软件进行数字信号的滤波、去噪和小波变换处理，得到剪切试验的切向、法向位移及上盘的变形信息；