岩土力学微观结构光学测试系统技术方案

本实用新型专利技术涉及岩土力学微观结构的光学测试系统。本实用新型专利技术包括三轴加载装置、图像采集装置和图像处理装置。三轴加载装置的加载架连接蜗轮蜗杆，设置围压加载舱，舱内是试样室，设置围压加载气囊，被观测面是玻璃板，轴压、侧压及位移数据接图像处理装置由计算机处理，图像采集装置的三轴位移平台始终保持固定的观测，信号接监视器、计算机处理。解决了过去需要大量采集不同荷载下的土体制作昂贵的土壤薄片，以及不能连续观测和较大的系统误差的缺陷。结构新颖、简单，使用方便，成本低，效果好，开拓了新的岩土试验力学的方法。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及一种测试系统，特别涉及一种岩土力学微观结构的光学测试系统。在本技术作出之前，对岩土力学微细结构变化的研究仍然以利用直接手段包括压汞、气体吸附等和间接手段包括电弥散法、渗透性法和声波法等进行。这些方法对微细结构的定量试验都是利用显微仪器在某一荷载状态下制作的冻干土壤薄片，得到其微观结构图片，再利用计算机图像处理的方法获得微观结构图片的量化信息。但土壤薄片制作需要经过速冻、真空蒸发、切片等一系列工序，过程复杂、烦琐，价格昂贵；另一方面，由于土壤薄片是在一定荷载下从土体中取土制作的，因此不能连续观测在不同荷载下的土体的微结构信息，要满足这一点就必须从不同荷载下的土体中取土来制作土壤薄片，造成取土工作量大，费时费力，大量制作土壤薄片更使费用大量增加，同时由于岩土材料的高度不均匀性，即使从相距很近的土体中取土，其微观结构本身就存在很大差异，使得从各微观结构图片上得到的微结构信息的可比性明显降低，造成很大的系统误差，也正是因为这个原因，就无法得到土体在荷载作用下微观颗粒的实际变形和位移信息，只能从统计信息上得到土体微观结构在不同荷载下的变化趋势，无法在土体微观结构的真实演变的基础上建立土颗粒的受力模型及本构关系。本技术的技术方案岩土力学微观结构光学测试系统，包括图像采集装置、图像处理装置，图像采集装置包括监视器，图像采集装置信号输出至图像处理装置，其主要技术特征在于在图像采集装置观测位置上设置三轴加载装置，其被观测面是透明的。其进一步的技术特征在于三轴加载装置是一个加载架，其内设置围压加载舱，加载架上部连接蜗轮蜗杆，蜗轮蜗杆下端连接轴压加载头，轴压加载头针对围压加载舱内中空的试样室，在围压加载舱整个内壁设置围压加载气囊，与围压加载舱外的充气口连接。本技术的优点和效果在于由于不需要制作土壤薄片，节省了大量费用，又由于不需要在不同的荷载土体中取土制作土壤薄片，减轻了工作强度，缩短了工作时间，可以连续获得同一土体试样在不同荷载、不同时段下微细结构的真实变形、位移信息，进行定量分析，并可实现土体微观结构与荷载、土体微观位移与宏观位移的联合测试，开拓一种岩土试验力学的新方法。本技术结构简单，，使用方便，效果好。图2-附图说明图1中三轴加载装置主视图。图3-图1中三轴加载装置俯视图。使用时，将加载架2及围压加载舱5放置在水平位置上，其玻璃板15一面正对着图像采集装置，将试样即土板16放置在试样室7内，用螺丝18将玻璃板15固定住，试样室7被封闭，驱动蜗轮蜗杆1向下，通过轴压加载头4向围压加载舱5中的试样室7内的土体16施加轴向压力，轴向压力、位移通过轴压、轴位移传感器3传输至图像处理装置的采集卡17，通过充气口14向围压加载舱5内壁的围压加载气囊13充气加压，围压加载气囊13自试样室7内的土体16施加围压，土体16被观测断面上的围压由玻璃板15的反力提供，围压传感器6将荷载和位移信息传输至图像处理装置的采集卡17；将图像采集装置中的长距离显微镜9固定在三轴位移平台8上，正对着围压加载舱5的被观测断面即玻璃板15一面，调好焦距后则可进行观测，长距离显微镜9后接CCD摄像机10，经CCD摄像机10拍摄到的微观结构图像分别用光缆传输到频监视器12和图像处理装置的采集卡17，通过监视器12来观测、跟踪被观测对象；图像处理装置的计算机11将采集卡17得到并处理过的信息转化为数字图像，利用所编制的特殊的微观结构处理软件对加载过程按要求定时对微观结构图像进行捕捉、自动存盘，再按要求对所得到的微观结构图像进行分析处理，提取微观结构量化信息。充气口14与高压气瓶连接，调节气阀施加侧向压力，以及转动蜗轮蜗杆1施加轴向压力，就可获得三轴状态下不同荷载、不同时刻下微观即微细颗粒的真实变形、位移信息；调节好三轴位移平台8，始终保持长距离显微镜9观测同一微观面积的土体16。本技术也可用于观测剪切试验中土体微观结构的变化。权利要求1.岩土力学微观结构光学测试系统，包括图像采集装置、图像处理装置，图像采集装置包括监视器，图像采集装置信号输出至图像处理装置，其特征在于在图像采集装置观测位置上设置三轴加载装置，其被观测面是透明的。2.根据权利要求1所述的岩土力学微观结构光学测试系统，其特征在于三轴加载装置是一个加载架，其内设置围压加载舱，加载架上部连接蜗轮蜗杆，蜗轮蜗杆下端连接轴压加载头，轴压加载头针对围压加载舱内中空的试样室，在围压加载舱整个内壁设置围压加载气囊，与围压加载舱外的充气口连接。3.根据权利要求2所述的岩土力学微观结构光学测试系统，其特征在于在蜗轮蜗杆下端与轴压加载头连接之间设置一个轴压、位移传感器，与图像处理装置连接，在围压加载舱外壁上设置围压传感器，一端与围压加载气囊连接，另一端与图像处理装置连接。4.根据权利要求1所述的岩土力学微观结构光学测试系统，其特征在于围压加载舱被观测面是玻璃的。5.根据权利要求1所述的岩土力学微观结构光学测试系统，其特征在于图像采集装置中设置有与三轴加载装置匹配的三轴位移平台。专利摘要本技术涉及岩土力学微观结构的光学测试系统。本技术包括三轴加载装置、图像采集装置和图像处理装置。三轴加载装置的加载架连接蜗轮蜗杆，设置围压加载舱，舱内是试样室，设置围压加载气囊，被观测面是玻璃板，轴压、侧压及位移数据接图像处理装置由计算机处理，图像采集装置的三轴位移平台始终保持固定的观测，信号接监视器、计算机处理。解决了过去需要大量采集不同荷载下的土体制作昂贵的土壤薄片，以及不能连续观测和较大的系统误差的缺陷。结构新颖、简单，使用方便，成本低，效果好，开拓了新的岩土试验力学的方法。文档编号G01N3/12GK2532476SQ0221933公开日2003年1月22日 申请日期2002年3月15日 优先权日2002年3月15日专利技术者洪宝宁, 张海波, 刘敬辉 申请人:河海大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
岩土力学微观结构光学测试系统，包括图像采集装置、图像处理装置，图像采集装置包括监视器，图像采集装置信号输出至图像处理装置，其特征在于在图像采集装置观测位置上设置三轴加载装置，其被观测面是透明的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪宝宁，张海波，刘敬辉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]