一种图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，适用于采用图像相关技术模拟车载作用下采动裂隙岩土体沉降、变形，裂隙空间演化规律的研究。该装置包括模型铺设框架，在模型铺设框架的顶部模型铺设框架前后设置有挡板，前面挡板为透明挡板，模型铺设框架内底板上逐层铺设模型材料，在铺设的模型材料的顶部设置有顶部柔性加载室，左右侧分别设置有左侧柔性加载室、右侧柔性加载室，顶部柔性加载室内底部设置有分段连接的加载车轨道及加载车，加载车轨道通过电流导线与速度调控器连接，在模型材料内埋设有应力应变传感器，前面挡板外面设置有PIV监测系统，采集数据通过数据采集仪传输至StrainMaster处理系统。

【技术实现步骤摘要】
一种图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置
本专利技术属于采矿及岩土工程相似材料模拟试验
，具体涉及一种图像相关的车载作用下采空区变形试验模型装置。
技术介绍
铁路下煤层开采是“三下”开采其中的一种类型，铁路下煤层的开采导致煤层上、铁路下岩土体的不均匀下沉变形，将对铁路的安全运营构成威胁。此外，随着国内铁路路线的快速扩展修建，穿越采空区修建铁路已成为不可回避的技术难题，火车运行所产生的动载作用将会对已相对稳定的采空区裂隙岩土体再次扰动、裂隙岩土体产生再次变形，进而影响铁路路基稳定及铁路的安全运营。研究两者的相互影响是保证铁路安全运营的理论基础。相似材料模型试验以相似理论、因次分析作为依据的实验室研究方法，广泛应用于水利、采矿、地质、铁路等部门。以往的相似模型试验研究较少涉及铁路运行对采动裂隙岩体裂隙演化、长期变形规律的影响研究。在相似模型试验装置中缺少关于车载作用下的模型试验装置。此外埋设位移传感器、应力传感器是传统相似材料模型试验常规的监测手段，但想获取多个区域的监测数据需要大量埋设的位移及应力传感器，该方法往往会对模型铺设及岩土体结构的完整性造成影响。
技术实现思路
为了克服上述技术问题，本专利技术提供一种图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，可实现非接触监测，并实现补偿荷载、车载同步加载的相似材料模型试验装置。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，包括模型铺设框架，其在模型铺设框架前后设置有挡板，前面挡板为透明挡板，模型铺设框架内底板上逐层铺设模型材料，在铺设的模型材料的顶部设置有顶部柔性加载室，顶部柔性加载室内底部设置有加载车和轨道，加载车与轨道轨道副连接，轨道通过导线与柔性加载室外面的速度调控器连接，在模型材料内埋设有应力应变传感器，前面挡板外面设置有PIV系统，应力应变传感器与PIV系统连接。上述图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，所述PIV系统包括图像采集装置、数据采集仪和StrainMaster数字图像处理系统，应力应变传感器及图像采集装置通过第一数据采集线与数据采集仪连接，数据采集仪通过第二数据传输线与StrainMaster数字图像处理系统连接。上述图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，在模型铺设框架的左、右侧对应设置有左侧柔性加载室、右侧柔性加载室；顶部柔性加载室、左侧柔性加载室和右侧柔性加载室均设置有充气口，充气口上均设置有气压表。上述图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，所述加载车轨道为双轨道，单轨道由若干轨道分段体依次连接构成，各轨道分段体由铆钉固定在顶部柔性加载室的底部，各轨道分段体依次连接有轨道电线，轨道电线作为加载车的供电线路，在充气加载过程中各轨道分段体间距可增加不约束气囊膨胀。上述图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，所述加载车的车轮直径大于相邻轨道分段体间的间距，加载车在轨道分段体衔接处碰撞产生振动荷载，实现车载及振动荷载同步加载，通过速度控制器可调节车速形成不同频次振动荷载。上述图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，所述顶部柔性加载室、左侧柔性加载室和右侧柔性加载室这三个柔性加载室均由加载室和设置在加载室内的加载气囊构成，加载气囊填充满加载室，加载车设置在加载气囊内底部，且保持加载气囊的密封性，所述顶部柔性加载室的底部和右部开口，左侧柔性加载室的右侧开口，右侧柔性加载室的左侧开口，顶部柔性加载室右部设置有加载室密封盖。上述图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，所述加载室密封盖通过法兰与顶部柔性加载室连接，顶部柔性加载室的加载气囊的右端延伸至法兰的边缘，卡在法兰与加载室密封盖之间作为密封垫使用。上述图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，所述图像采集装置包括安装在前挡板前面的CCD相机和图像采集相机，以及补光灯，CCD相机和图像采集相机均与数据采集仪连接。上述图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，其特征在于：所述前面挡板为透明钢化玻璃档板。相对于现有技术，本专利技术有以下优点：本专利技术实现车载作用下采动岩土体的模型试验研究，采用轨道分段体布设轨道，通过控制车速实现变化振动车载频率并同步加载补偿荷载。采用PIV系统可以实现非接触测量。采用CCD相机跟踪获取整体及局部裂隙岩体的动态演化图像，包括裂隙萌生、扩展及闭合的过程。结合StrainMaster处理系统，对采集图像进行量化处理，输出应变场、位移场、速度矢量图、位移等值线图等量化结果，分析裂隙萌生、扩展及闭合过程中其端部局部应变集中现象，为相似模型试验的监测提供新的手段。本专利技术结构简单，设计合理，实现了同步施加补偿荷载及车载作用，非接触式实时监测、量化处理，更准确的模拟监测岩土体的变形过程。附图说明图1为本专利技术的整体图。图2为本专利技术装置顶部柔性加载室的结构示意图。图3为本专利技术装置的通电轨道俯视图。图4为本专利技术装置法兰及车载侧视图。图5为本专利技术装置的左侧柔性加载室及右侧柔性加载室结构示意图。具体实施方式如图1-图5所示的一种图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，包括模型铺设框架15，在模型铺设框架的前后设置有挡板9，前面挡板为透明挡板，优选透明钢化玻璃档板，便于图像采集，模型铺设框架内底板17上逐层铺设模型材料，在铺设的模型材料的顶部设置有顶部柔性加载室1，顶部柔性加载室内底部设置有轨道2和加载车13，轨道通过电流导线35与顶部柔性加载室1外面的速度调控器14连接，通过调节电流大小及方向控制车速及运转方向；在模型材料内埋设有少量应力应变传感器12，即在铺设模型材料过程中埋设少量应力应变传感器12，用于监测应力、位移变化，并与图像相关处理结果对比，前面挡板外面设置有PIV系统，应力应变传感器12与数据采集仪8连接。PIV系统包括图像采集装置、数据采集仪8、和StrainMaster数字图像处理系统7，图像采集装置通过第一数据采集线16与数据采集仪8，数据采集仪8通过第二数据传输线18将数据传输至StrainMaster数字图像处理系统7，StrainMaster处理系统对采集图像进行处理，输出应变场、位移场、速度矢量图、位移等值线图等量化结果，分析裂隙萌生、扩展及闭合过程中其端部局部应变集中现象。所述图像采集装置包括安装在前挡板前面的CCD相机6和图像采集相机5，以及补光灯4，CCD相机6和图像采集相机5均与数据采集仪连接。本专利技术在模型铺设框架的左、右侧对应设置有左侧柔性加载室11、右侧柔性加载室3；顶部柔性加载室1、左侧柔性加载室11和右侧柔性加载室3均设置有充气口，充气口上均设置有气压表。本专利技术的顶部柔性加载室、左侧柔性加载室和右侧柔性加载室这三个柔性加载室均由加载室和设置在加载室内的加载气囊构成，加载气囊填充满加载室，轨道2和加载车13设置在顶部加载气囊22内底部，且保持顶部加载气囊22的密封性，所述顶部加载室25的底部和右部开口，整个加载气囊体积稍大于加载室体积，满足充气加载过程中加载气囊不产生膨胀约束，底部铺设轨道2，顶部柔性加载室右部设置有密封盖38，密封盖38设置顶部充气口21及顶部压力表34，密封盖38通过法兰33与顶部柔性加载室连接，密封盖、法兰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，包括模型铺设框架（15），其特征在于：在模型铺设框架前后设置有挡板（9），前面挡板为透明挡板，模型铺设框架内底板（17）上逐层铺设模型材料，在铺设的模型材料的顶部设置有顶部柔性加载室（1），顶部柔性加载室内底部设置有加载车（13）和轨道（2），加载车与轨道副连接，轨道通过导线（35）与顶部柔性加载室外面的速度调控器（14）连接，在模型材料内埋设有应力应变传感器（12），前面挡板外面设置有PIV系统，应力应变传感器与PIV系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，包括模型铺设框架（15），其特征在于：在模型铺设框架前后设置有挡板（9），前面挡板为透明挡板，模型铺设框架内底板（17）上逐层铺设模型材料，在铺设的模型材料的顶部设置有顶部柔性加载室（1），顶部柔性加载室内底部设置有加载车（13）和轨道（2），加载车与轨道副连接，轨道通过导线（35）与顶部柔性加载室外面的速度调控器（14）连接，在模型材料内埋设有应力应变传感器（12），前面挡板外面设置有PIV系统，应力应变传感器与PIV系统连接。2.根据权利要求1所述的图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，其特征在于：所述PIV系统包括图像采集装置、数据采集仪（8）和StrainMaster数字图像处理系统（7），应力应变传感器（12）及图像采集装置通过第一数据采集线（16）与数据采集仪（8）连接，数据采集仪（8）通过第二数据传输线（18）与StrainMaster数字图像处理系统（7）连接。3.根据权利要求1所述的图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，其特征在于：在模型铺设框架的左、右侧对应设置有左侧柔性加载室（11）、右侧柔性加载室（3）；顶部柔性加载室、左侧柔性加载室和右侧柔性加载室均设置有充气口，充气口上均设置有气压表。4.根据权利要求1所述的图像相关的车载作用下采动岩土体变形试验模型装置，其特征在于：所述加载车轨道为双轨道，单轨道由若干轨道分段体（26）依次连接构成，各轨道分段体由铆钉（24）固定在顶部柔性加载室的底部，各轨道分段体依次连接有轨道电线（27），轨道...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文学，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41