專利名稱：巖土力學微觀結構光學測試系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測試系統(tǒng)，特別涉及一種巖土力學微觀結構的光學測試系統(tǒng)。
在本實用新型作出之前，對巖土力學微細結構變化的研究仍然以利用直接手段包括壓汞、氣體吸附等和間接手段包括電彌散法、滲透性法和聲波法等進行。這些方法對微細結構的定量試驗都是利用顯微儀器在某一荷載狀態(tài)下制作的凍干土壤薄片，得到其微觀結構圖片，再利用計算機圖像處理的方法獲得微觀結構圖片的量化信息。但土壤薄片制作需要經(jīng)過速凍、真空蒸發(fā)、切片等一系列工序，過程復雜、煩瑣，價格昂貴；另一方面，由于土壤薄片是在一定荷載下從土體中取土制作的，因此不能連續(xù)觀測在不同荷載下的土體的微結構信息，要滿足這一點就必須從不同荷載下的土體中取土來制作土壤薄片，造成取土工作量大，費時費力，大量制作土壤薄片更使費用大量增加，同時由于巖土材料的高度不均勻性，即使從相距很近的土體中取土，其微觀結構本身就存在很大差異，使得從各微觀結構圖片上得到的微結構信息的可比性明顯降低，造成很大的系統(tǒng)誤差，也正是因為這個原因，就無法得到土體在荷載作用下微觀顆粒的實際變形和位移信息，只能從統(tǒng)計信息上得到土體微觀結構在不同荷載下的變化趨勢，無法在土體微觀結構的真實演變的基礎上建立土顆粒的受力模型及本構關系。
本實用新型的技術方案巖土力學微觀結構光學測試系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、圖像處理裝置，圖像采集裝置包括監(jiān)視器，圖像采集裝置信號輸出至圖像處理裝置，其主要技術特征在于在圖像采集裝置觀測位置上設置三軸加載裝置，其被觀測面是透明的。
其進一步的技術特征在于三軸加載裝置是一個加載架，其內(nèi)設置圍壓加載艙，加載架上部連接蝸輪蝸桿，蝸輪蝸桿下端連接軸壓加載頭，軸壓加載頭針對圍壓加載艙內(nèi)中空的試樣室，在圍壓加載艙整個內(nèi)壁設置圍壓加載氣囊，與圍壓加載艙外的充氣口連接。
本實用新型的優(yōu)點和效果在于由于不需要制作土壤薄片，節(jié)省了大量費用，又由于不需要在不同的荷載土體中取土制作土壤薄片，減輕了工作強度，縮短了工作時間，可以連續(xù)獲得同一土體試樣在不同荷載、不同時段下微細結構的真實變形、位移信息，進行定量分析，并可實現(xiàn)土體微觀結構與荷載、土體微觀位移與宏觀位移的聯(lián)合測試，開拓一種巖土試驗力學的新方法。本實用新型結構簡單，，使用方便，效果好。
圖2-

圖1中三軸加載裝置主視圖。
圖3-圖1中三軸加載裝置俯視圖。
使用時，將加載架2及圍壓加載艙5放置在水平位置上，其玻璃板15一面正對著圖像采集裝置，將試樣即土板16放置在試樣室7內(nèi)，用螺絲18將玻璃板15固定住，試樣室7被封閉，驅(qū)動蝸輪蝸桿1向下，通過軸壓加載頭4向圍壓加載艙5中的試樣室7內(nèi)的土體16施加軸向壓力，軸向壓力、位移通過軸壓、軸位移傳感器3傳輸至圖像處理裝置的采集卡17，通過充氣口14向圍壓加載艙5內(nèi)壁的圍壓加載氣囊13充氣加壓，圍壓加載氣囊13自試樣室7內(nèi)的土體16施加圍壓，土體16被觀測斷面上的圍壓由玻璃板15的反力提供，圍壓傳感器6將荷載和位移信息傳輸至圖像處理裝置的采集卡17；將圖像采集裝置中的長距離顯微鏡9固定在三軸位移平臺8上，正對著圍壓加載艙5的被觀測斷面即玻璃板15一面，調(diào)好焦距后則可進行觀測，長距離顯微鏡9后接CCD攝像機10，經(jīng)CCD攝像機10拍攝到的微觀結構圖像分別用光纜傳輸?shù)筋l監(jiān)視器12和圖像處理裝置的采集卡17，通過監(jiān)視器12來觀測、跟蹤被觀測對象；圖像處理裝置的計算機11將采集卡17得到并處理過的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，利用所編制的特殊的微觀結構處理軟件對加載過程按要求定時對微觀結構圖像進行捕捉、自動存盤，再按要求對所得到的微觀結構圖像進行分析處理，提取微觀結構量化信息。
充氣口14與高壓氣瓶連接，調(diào)節(jié)氣閥施加側(cè)向壓力，以及轉(zhuǎn)動蝸輪蝸桿1施加軸向壓力，就可獲得三軸狀態(tài)下不同荷載、不同時刻下微觀即微細顆粒的真實變形、位移信息；調(diào)節(jié)好三軸位移平臺8，始終保持長距離顯微鏡9觀測同一微觀面積的土體16。
本實用新型也可用于觀測剪切試驗中土體微觀結構的變化。
權利要求1.巖土力學微觀結構光學測試系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、圖像處理裝置，圖像采集裝置包括監(jiān)視器，圖像采集裝置信號輸出至圖像處理裝置，其特征在于在圖像采集裝置觀測位置上設置三軸加載裝置，其被觀測面是透明的。
2.根據(jù)權利要求1所述的巖土力學微觀結構光學測試系統(tǒng)，其特征在于三軸加載裝置是一個加載架，其內(nèi)設置圍壓加載艙，加載架上部連接蝸輪蝸桿，蝸輪蝸桿下端連接軸壓加載頭，軸壓加載頭針對圍壓加載艙內(nèi)中空的試樣室，在圍壓加載艙整個內(nèi)壁設置圍壓加載氣囊，與圍壓加載艙外的充氣口連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的巖土力學微觀結構光學測試系統(tǒng)，其特征在于在蝸輪蝸桿下端與軸壓加載頭連接之間設置一個軸壓、位移傳感器，與圖像處理裝置連接，在圍壓加載艙外壁上設置圍壓傳感器，一端與圍壓加載氣囊連接，另一端與圖像處理裝置連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的巖土力學微觀結構光學測試系統(tǒng)，其特征在于圍壓加載艙被觀測面是玻璃的。
5.根據(jù)權利要求1所述的巖土力學微觀結構光學測試系統(tǒng)，其特征在于圖像采集裝置中設置有與三軸加載裝置匹配的三軸位移平臺。
專利摘要本實用新型涉及巖土力學微觀結構的光學測試系統(tǒng)。本實用新型包括三軸加載裝置、圖像采集裝置和圖像處理裝置。三軸加載裝置的加載架連接蝸輪蝸桿，設置圍壓加載艙，艙內(nèi)是試樣室，設置圍壓加載氣囊，被觀測面是玻璃板，軸壓、側(cè)壓及位移數(shù)據(jù)接圖像處理裝置由計算機處理，圖像采集裝置的三軸位移平臺始終保持固定的觀測，信號接監(jiān)視器、計算機處理。解決了過去需要大量采集不同荷載下的土體制作昂貴的土壤薄片，以及不能連續(xù)觀測和較大的系統(tǒng)誤差的缺陷。結構新穎、簡單，使用方便，成本低，效果好，開拓了新的巖土試驗力學的方法。
文檔編號G01N3/12GK2532476SQ0221933
公開日2003年1月22日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權日2002年3月15日
發(fā)明者洪寶寧, 張海波, 劉敬輝 申請人:河海大學