土工离心机模型试验三维全场变形测量设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备及方法，其中，设备包括：转动式相机支架、固定式槽钢支架、相机组、镜头前挡板、相机镜头固定圈、相机机身固定圈、机顶盒、光源装置和终端设备，其中，终端设备与机顶盒相连，用于对图像的图像处理，并利用开源分析软件对第一和第二顶部相机的图像进行三维图像分析，并对固定式相机的图像进行二维图像分析，获取模型的位移变化结果云图，并整合得到三维全场变化图像。该设备能够将模型侧面(内部)及上表层结合分析处理，还原三维模型的真实情况及其坡体表面的拉伸破坏变形情况的演化规律。

3-D Full-field Deformation Measurement Equipment and Method for Geotechnical Centrifuge Model Test

【技术实现步骤摘要】
土工离心机模型试验三维全场变形测量设备及方法
本专利技术涉及土工机械模型试验装置
，特别涉及一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备及方法。
技术介绍
随着现代社会的发展，国内外大型工程建设数量急剧增加，包括水库、大坝、堤防、大跨度地下工程及超高层建筑等，大型工程建设对土体及其地基提出了较高的要求。室内离心机模型试验是一种有效的缩尺模型试验，能够有效的反演地基或边坡的变形破坏过程。目前应用的室内离心机模型试验主要依赖模型箱侧壁的单一摄像机进行拍摄捕捉标记点的运移，该方式仅仅反映了边坡的二维侧面(内部)变形情况，而边坡的破坏变形不仅涉及坡体内部变形，同样涉及边坡表面的开裂、表土剥离及牵引拉伸等变形破坏形式，系统研究斜坡破坏过程中表面及内部变形演化规律，对于深入研究滑坡灾害机制及灾害预测和防范具有重要的意义。同时，受到坡体与模型箱有机玻璃之间的摩擦阻力作用，易发生内部发生破坏而观察侧仍未发生明显变化，此时其侧面(内部)的变形不能代表坡体的变形破坏规律。离心机三维图像捕捉与分析系统的两大难点问题：一方面，如何获取边坡模型的表层图像；另一方面，如何将获取的三个方向的图像进行拟合分析进而整合为模型的三维变形情况。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备，该设备能够将模型侧面(内部)及上表层结合分析处理，还原三维模型的真实情况及其坡体表面的拉伸破坏变形情况的演化规律。本专利技术的另一个目的在于提出一种土工离心机模型试验三维全场变形测量方法。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备，包括：转动式相机支架，用于固定第一和第二顶部相机，并转动所述第一和第二顶部相机以调整角度；固定式槽钢支架，用于固定和支持所述转动式相机支架；相机组，用于采集实验进行中的图像，所述相机组包括所述第一和第二顶部相机及离心机模型箱侧面的固定式相机；镜头前挡板，用于支撑所述相机组的相机镜头；相机镜头固定圈，用于固定所述相机组的相机镜头，使所述相机镜头平放在所述镜头前挡板的平面板上并保持稳定；相机机身固定圈，用于固定所述相机组的相机机身，使相机平放在所述转动式相机支架上的钢板上并保持稳定；机顶盒，用于统一IP地址同时控制所述相机组工作；光源装置，用于试验过程中补充光照，使得所述图像的清晰度满足预设条件；终端设备，所述终端设备与所述机顶盒相连，用于对所述图像的图像处理，并利用开源分析软件对所述第一和第二顶部相机的图像进行三维图像分析，并对所述固定式相机的图像进行二维图像分析，获取模型的位移变化结果云图，并整合得到三维全场变化图像。本专利技术实施例的土工离心机模型试验三维全场变形测量设备，能够捕捉模型侧面及上表面的位移变化情况，经过图像分析处理，可还原试验过程中模型表面及侧面(内部)的变形破坏及演化规律，从而获取模型的三维全场的变形破坏信息。另外，根据本专利技术上述实施例的土工离心机模型试验三维全场变形测量设备还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：收纳箱，用于存放所述相机组、所述转动式相机支架、所述固定式槽钢支架、所述终端设备、所述机顶盒、所述镜头前挡板、所述相机镜头固定圈、所述相机机身固定圈与所述光源装置。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述转动式相机支架包括：底部钢板和转动钢板，其中，所述底部钢板和所述转动钢板通过多个可滑动螺栓进行角度的调整及固定。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述转动式相机支架的转动范围为5°至135°。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种土工离心机模型试验三维全场变形测量方法，采用如上述实施例所述的设备，其中，方法包括以下步骤：将所述固定式槽钢支架固定在所述离心机模型箱上；将所述转动式相机支架固定在所述槽钢支架上，并调整成第一预设角度平置安装所述第一和第二顶部相机在所述钢板上，并利用所述镜头前挡板和所述固定圈进行固定；调整所述第一和第二顶部相机的相对角度至第二预设角度α，同时调整所述转动式相机支架的角度至第三预设角度以控制图像采集范围；通过所述机顶盒连接侧面的所述固定式相机及所述第一和第二顶部相机于所述终端设备，并调整所述光源装置补充光照；试验结束后，利用所述终端设备对采集的图像序列进行处理分析，将所述第一和第二顶部相机的图像进行三维分析，将所述固定式相机采集的图像进行二维分析，生成所述三维全场位移变化图像。本专利技术实施例的土工离心机模型试验三维全场变形测量方法，能够捕捉模型侧面及上表面的位移变化情况，经过图像分析处理，可还原试验过程中模型表面及侧面(内部)的变形破坏及演化规律，从而获取模型的三维全场的变形破坏信息。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的土工离心机模型试验三维全场变形测量设备的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的用于固定式槽钢支架与离心机模型箱连接、以及转动式相机支架与固定式槽钢支架连接的长螺栓示意图；图3a为根据本专利技术实施例的左侧顶部相机采集的图像和二维处理图像示意图；图3b为根据本专利技术实施例的右侧顶部相机采集的图像和二维处理图像示意图；图3c为根据本专利技术实施例的侧面固定式相机采集的图像和二维处理图像示意图；图3d为根据本专利技术实施例的相机组采集的模型上表面图像，生成模型上表层的三维位移变形云图；图4为根据本专利技术实施例的土工离心机模型试验三维全场变形测量方法的流程图；图5为根据本专利技术实施例的固定式槽钢支架的结构示意图；图6a为根据本专利技术实施例的转动式相机支架的结构示意图；图6b为根据本专利技术实施例的转动式相机支架的侧面连接示意图；图7为根据本专利技术实施例的固定相机组的镜头前挡板、相机镜头固定圈及相机机身固定圈的示意图；图8为根据本专利技术实施例的转动式相机支架及相机组的装配示意图。附图标记说明：转动式相机支架1、固定式槽钢支架2、相机组3、镜头前挡板4、相机镜头固定圈5、相机机身固定圈6、机顶盒7、光源装置8、终端设备9、离心机模型箱10、固定式相机11、点光源12、条形灯13、长螺栓14、坡体模型15、有机玻璃板16、显示装置17、底部钢板18、转动钢板19、连接螺栓20、可滑动螺栓21和螺母22。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的土工离心机模型试验三维全场变形测量设备及方法，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的土工离心机模型试验三维全场变形测量设备。图1是本专利技术一个实施例的土工离心机模型试验三维全场变形测量设备的结构示意图。如图1所示，该土工离心机模型试验三维全场变形测量设备包括：转动式相机支架1、固定式槽钢支架2、相机组3、镜头前挡板4、相机镜头固定圈5、相机机身固定圈6、机顶盒7、光源装置8和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备，其特征在于，包括：转动式相机支架，用于固定第一和第二顶部相机，并转动所述第一和第二顶部相机以调整角度；固定式槽钢支架，用于固定和支持所述转动式相机支架；相机组，用于采集实验进行中的图像，所述相机组包括所述第一和第二顶部相机及离心机模型箱侧面的固定式相机；镜头前挡板，用于支撑所述相机组的相机镜头；相机镜头固定圈，用于固定所述相机组的相机镜头，使所述相机镜头平放在所述镜头前挡板的平面板上并保持稳定；相机机身固定圈，用于固定所述相机组的相机机身，使相机平放在所述转动式相机支架上的钢板上并保持稳定；机顶盒，用于统一IP地址同时控制所述相机组工作；光源装置，用于试验过程中补充光照，使得所述图像的清晰度满足预设条件；以及终端设备，所述终端设备与所述机顶盒相连，用于对所述图像的图像处理，并利用开源分析软件对所述第一和第二顶部相机的图像进行三维图像分析，并对所述固定式相机的图像进行二维图像分析，获取模型的位移变化结果云图，并整合得到三维全场变化图像。

【技术特征摘要】
1.一种土工离心机模型试验三维全场变形测量设备，其特征在于，包括：转动式相机支架，用于固定第一和第二顶部相机，并转动所述第一和第二顶部相机以调整角度；固定式槽钢支架，用于固定和支持所述转动式相机支架；相机组，用于采集实验进行中的图像，所述相机组包括所述第一和第二顶部相机及离心机模型箱侧面的固定式相机；镜头前挡板，用于支撑所述相机组的相机镜头；相机镜头固定圈，用于固定所述相机组的相机镜头，使所述相机镜头平放在所述镜头前挡板的平面板上并保持稳定；相机机身固定圈，用于固定所述相机组的相机机身，使相机平放在所述转动式相机支架上的钢板上并保持稳定；机顶盒，用于统一IP地址同时控制所述相机组工作；光源装置，用于试验过程中补充光照，使得所述图像的清晰度满足预设条件；以及终端设备，所述终端设备与所述机顶盒相连，用于对所述图像的图像处理，并利用开源分析软件对所述第一和第二顶部相机的图像进行三维图像分析，并对所述固定式相机的图像进行二维图像分析，获取模型的位移变化结果云图，并整合得到三维全场变化图像。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：收纳箱，用于存放所述相机组、所述转动式相机支架、所述固定式槽钢支架、所述终端设备、所述机顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文杰，冯泽康，周乾，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11