本发明专利技术公开了一种基于PIV和三维扫描技术的边坡坡顶强夯模拟装置。该装置包括夯击装置和位移测量装置两部分。夯击装置包括正面导槽、夯击装置立杆、夯锤导板、电磁铁、夯锤砝码、电机等结构，位移测量装置包括侧面导槽、扫描装置上立杆、扫描装置下立杆、紧定旋钮、扫描装置横梁、三维扫描仪、高速相机等结构。本发明专利技术将轴对称的边坡强夯问题简化为半模型进行模拟，夯击装置可以自动完成多次夯击，采用PIV技术对强夯引起的边坡内部位移进行测量，并采用三维扫描仪对边坡表面的变形进行三维成像，确定夯击的有效影响范围和对边坡稳定性的影响。夯击的有效影响范围和对边坡稳定性的影响。夯击的有效影响范围和对边坡稳定性的影响。
【技术实现步骤摘要】
一种基于PIV和三维扫描技术的边坡坡顶强夯模拟装置
[0001]本专利技术属于岩土工程模拟试验领域，具体涉及一种基于PIV和三维扫描技术的边坡坡顶强夯模拟装置。
技术介绍
[0002]我国是一个多山区的国家，随着我国人多地少矛盾日益突出，在山区进行大型工程建设的需求也日益增加。采用强夯法可以加固山区大厚度非饱和土、大厚度湿陷性黄土和新填土等，提高地基土的强度和均匀性，降低压缩性。但是在山区进行强夯施工，不可避免的会遇到在边坡坡顶进行强夯的工况，强夯法施工时产生的强大冲击波会对边坡造成稳定性影响。目前对于边坡坡顶强夯的实践技术已经有所发展，但是相关理论分析和试验分析滞后，绝大多数工程中仍然以原位试夯作为夯击参数确定的唯一手段。强夯对于边坡中地基土的夯实效果和影响范围值得进一步研究，室内模型试验是研究强夯对于边坡中地基土的夯实效果和影响范围的有效方法。目前，国内外对于强夯的模型试验装置有一定研究，但是存在如下问题：(1)没有合理的半模型模拟方法，无法使用PIV技术测得合理的强夯点下方边坡土体变形；(2)难以对强夯产生的土体表面位移进行量化的描述；(3)强夯模拟采用的导向杆大幅插入土体，对土体的变形特性产生显著影响，不符合实际工程情况。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于PIV和三维扫描技术的边坡强夯模拟装置，本专利技术将轴对称的边坡强夯问题简化为半模型进行模拟，夯击装置可以自动完成多次夯击，并且可快速地调节夯击点位置，采用PIV技术对强夯引起的边坡内部位移进行测量，并采用三维扫描仪对边坡表面的变形进行三维成像，揭示边坡坡顶强夯变形机理，确定夯击有效影响范围和对边坡稳定性的影响。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于PIV和三维扫描技术的边坡坡顶强夯模拟装置，该模拟装置包括夯击装置与位移测量装置，所述夯击装置完成对模型箱中边坡土体的夯击作用模拟，所述位移测量装置完成边坡土体内部和表面位移的测量；
[0005]所述的夯击装置包括正面导槽、夯击装置立杆、夯锤导板、电磁铁、夯锤砝码、电机、控制箱和第一紧定旋钮，所述的正面导槽固定在模型箱正面板上部，所述的夯击装置立杆通过插槽结构与正面导槽连接，并通过第一紧定旋钮可拆卸安装，能够改变固定位置，所述的夯锤导板通过插槽结构安装在夯击装置立杆上，所述的电磁铁和夯锤砝码与夯锤导板内壁滑动连接，所述的电磁铁通过细绳与电机连接，所述的电机通过电机支架固定在夯击装置立杆上部，所述的控制箱固定在夯击装置立杆上部，位于电机支架下方；
[0006]所述的位移测量装置包括侧面导槽、扫描装置上立杆、扫描装置下立杆、第二紧定旋钮、第三紧定旋钮、第四紧定旋钮、扫描装置横梁、三维扫描仪和高速相机，所述的侧面导槽固定在模型箱侧面板的上部，所述的扫描装置下立杆通过插槽结构与侧面导槽连接，并
通过第二紧定旋钮可拆卸安装，能够改变固定位置，所述的扫描装置上立杆与扫描装置下立杆插接，并通过第三紧定旋钮可拆卸安装，能够改变固定位置，所述的扫描装置横梁与扫描装置上立杆通过转轴连接，所述的三维扫描仪安装在扫描装置横梁下方，所述的高速相机放置于模型箱的亚克力板侧地面上，采用PIV技术对高速相机拍摄得到的图片进行处理，得到强夯作用后边坡位移分布规律。
[0007]进一步地，所述的模型箱正对着高速相机的侧面采用透明的亚克力板，满足PIV技术中的图像拍摄要求。
[0008]进一步地，所述的正面导槽和侧面导槽上开有两道槽口并带有标尺，保证与夯击装置立杆和扫描装置下立杆的插槽连接稳定可靠，夯击装置立杆在正面导槽自由滑动至指定位置，扫描装置下立杆在侧面导槽自由滑动至指定位置。
[0009]进一步地，所述的夯锤导板、电磁铁和夯锤砝码为半圆柱形，电磁铁和夯锤砝码的外径与夯锤导板内径贴合，试验时在夯锤导板内部涂抹凡士林以减小摩擦，使夯锤砝码能够自由下落。
[0010]进一步地，所述的夯锤导板下部与模型箱接触的面不设置挡板，使夯锤砝码在下落时与模型箱贴合，满足对称半模型的简化要求。
[0011]进一步地，所述的夯锤导板底面与边坡土体顶面距离不大于夯锤砝码的高度，且夯锤导板不插入边坡土体，使得在多次夯击中夯锤砝码不从夯锤导板内脱落，夯锤导板不影响边坡土体变形特性。
[0012]进一步地，所述的夯锤导板、电磁铁和夯锤砝码根据不同的夯锤质量、夯击面积需求进行替换，满足多种实验工况。
[0013]进一步地，所述的电磁铁上部通过细绳与电机的转轴连接，电机通过旋转控制电磁铁高度，通电的电磁铁在靠近夯锤砝码时将夯锤砝码吸起，断电后电磁铁对夯锤砝码的吸力消失，控制箱通过控制电机的旋转和电磁铁的通断电实现夯锤砝码在一次夯击过程中的提升和自由坠落。
[0014]进一步地，所述的扫描装置上立杆上有弧型滑槽，通过第四紧定旋钮控制三维扫描仪的俯仰角，所述的三维扫描仪与扫描装置横梁通过带阻尼的转轴连接，控制三维扫描仪的水平方向，实现对土体表面的全面扫描。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016](1)将轴对称的边坡强夯问题简化为板模型进行模拟，采用PIV技术得到合理的强夯点下方的边坡土体变形情况；
[0017](2)采用三维扫描仪建立土体表面位移三维模型，可对强夯产生的土体表面位移进行量化的描述；
[0018](3)夯击装置中的夯锤导板可控制夯锤精准下落，同时不对土体变形特性产生影响；
[0019](4)可快速调整夯击位置，研究夯击点到坡顶距离对边坡稳定性的影响。
附图说明
[0020]图1为本专利技术总体结构示意图；
[0021]图2为本专利技术的正视示意图；
[0022]图3为本专利技术的侧视示意图；
[0023]图4为本专利技术的夯击装置的分解图；
[0024]图中：1为模型箱；2为边坡土体；3为亚克力板；4为正面导槽；5为侧面导槽；6为夯击装置立杆；7为夯锤导板；8为电磁铁；9为夯锤砝码；10为电机；11为控制箱；12为扫描装置上立杆；13为扫描装置下立杆；14
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1为第一紧定旋钮；14
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2为第二紧定旋钮；14
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3为第三紧定旋钮；14
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4为第四紧定旋钮；15为扫描装置横梁；16为三维扫描仪；17为高速相机；18为电机支架。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0026]如图1所示，本专利技术提供了一种基于PIV和三维扫描技术的边坡坡顶强夯模拟装置，包括夯击装置与位移测量装置，夯击装置完成对模型箱1中边坡土体2的夯击作用模拟，位移测量装置完成土体内部和表面位移的测量。模型箱1至少有一个侧面(正对着高速相机17的侧面)采用高透明度的亚克力板3，满足PIV技术中的图像拍摄要求。
[0027]所述的夯击装置包括正面导槽4、夯击装置立杆6、夯锤导板7、电磁铁8、夯锤砝码9、电机10、控制箱11和紧定旋钮14。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于PIV和三维扫描技术的边坡坡顶强夯模拟装置，其特征在于，该模拟装置包括夯击装置与位移测量装置，所述夯击装置完成对模型箱(1)中边坡土体(2)的夯击作用模拟，所述位移测量装置完成边坡土体(2)内部和表面位移的测量；所述的夯击装置包括正面导槽(4)、夯击装置立杆(6)、夯锤导板(7)、电磁铁(8)、夯锤砝码(9)、电机(10)、控制箱(11)和第一紧定旋钮(14
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1)，所述的正面导槽(4)固定在模型箱(1)正面板上部，所述的夯击装置立杆(6)通过插槽结构与正面导槽(4)连接，并通过第一紧定旋钮(14
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1)可拆卸安装，能够改变固定位置，所述的夯锤导板(7)通过插槽结构安装在夯击装置立杆(6)上，所述的电磁铁(8)和夯锤砝码(9)与夯锤导板(7)内壁滑动连接，所述的电磁铁(8)通过细绳与电机(10)连接，所述的电机(10)通过电机支架(18)固定在夯击装置立杆(6)上部，所述的控制箱(11)固定在夯击装置立杆(6)上部，位于电机支架(18)下方；所述的位移测量装置包括侧面导槽(5)、扫描装置上立杆(12)、扫描装置下立杆(13)、第二紧定旋钮(14
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2)、第三紧定旋钮(14
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3)、第四紧定旋钮(14
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4)、扫描装置横梁(15)、三维扫描仪(16)和高速相机(17)，所述的侧面导槽(5)固定在模型箱(1)侧面板的上部，所述的扫描装置下立杆(13)通过插槽结构与侧面导槽(4)连接，并通过第二紧定旋钮(14
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2)可拆卸安装，能够改变固定位置，所述的扫描装置上立杆(12)与扫描装置下立杆(13)插接，并通过第三紧定旋钮(14
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3)可拆卸安装，能够改变固定位置，所述的扫描装置横梁(15)与扫描装置上立杆(12)通过转轴连接，所述的三维扫描仪(16)安装在扫描装置横梁(15)下方，所述的高速相机(17)放置于模型箱(1)的亚克力板(3)侧地面上，采用PIV技术对高速相机(17)拍摄得到的图片进行处理，得到强夯作用后边坡位移分布规律。2.根据权利要求1所述的一种基于PIV和三维扫描技术的边坡坡顶强夯模拟装置，其特征在于，所述的模型箱(1)正对着高速相机(17)的侧面采用透明的亚克力板(3)，满足PIV技术中的图像拍摄要求。3.根据权利要求1所述的一种基于PIV...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶耀东，刘提，谭勇锋，沈海军，陈倩男，周峥栋，陈聪，方若进，陈奕扬，胡安峰，
申请(专利权)人：中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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