专利名称：一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置及研究方法
技术领域：
本发明涉及离散颗粒体系的研究分析，特别涉及一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置及研究方法。
背景技术：
目前国内外研究碎石垫层破坏模式着重于宏观力学方面，而微观方面的研究处于欠缺状态。传统垫层破坏模式的研究从力学机理方面，需要一定的数学力学功底和一些空间思维想象力，因此不够形象具体。而从微观方面来研究离散颗粒碎石垫层破坏模式，利用数字照相量测技术分析出垫层颗粒的位移场、应变场及剪切带，非常直观形象，因此有着非常重要的学术价值。这是对传统垫层破坏模式研究提出的一种创新，为垫层研究方面开辟了一个新领域。

发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置。本发明的另一个目的是提供一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的研究方法。本发明采用的技术方案为一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置，包括模型箱、模型桩、碎石垫层、砂土、位移量测百分表、钢板承台、加载装置和用于拍摄碎石垫层图片的高分辨率数码相机，所述模型箱为上部开口箱体，箱体正面为透明钢化玻璃，箱体内放置有模型桩，箱体内设置有砂土，砂土的高度为模型桩桩顶的高度，砂土上面设置有碎石垫层，碎石垫层的厚度为模型桩直径的两倍，碎石垫层上面设有钢板承台，钢板承台上设有加载装置和位移量测百分表。作为优选，所述模型桩模型桩采用实心半模桩。作为优选，所述加载装置为千斤顶和反力架。一种采用上述试验装置的基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的研究方法，包括以下步骤(I)将模型桩放置到模型箱内贴近透明钢化玻璃，模型箱内落砂土制样到模型桩桩顶位置时，停止落砂，并将砂土的上表面整平；(2)在模型桩桩顶铺设经过散斑处理的碎石垫层制样，碎石垫层铺设厚度为模型桩直径的两倍，整平碎石垫层表面；(3)然后依次布置钢板承台和加载装置，使用液压油磅控制加载装置，钢板承台上架设位移量测百分表量测加载位移；(4)透明钢化玻璃前架设高分辨率数码相机，对加载过程中的碎石垫层颗粒进行追踪拍摄，利用图像相关处理软件分析试验拍摄照片，对碎石垫层颗粒进行变形量测与解释，分析垫层破坏模式。
有益效果本发明的垫层破坏模式的研究方法包括试验装置，细观图像拍摄方法，细观垫层分析方法，从微观方面来研究离散颗粒碎石垫层破坏模式，利用数字照相量测技术分析出垫层颗粒的位移场、应变场及剪切带，非常直观形象，因此有着非常重要的学术价值。这是对传统垫层破坏模式研究提出的一种创新，为垫层研究方面开辟了一个新领域。


图I为本发明试验装置结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。如图I所示，一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置，包括模型箱、模型桩I、碎石垫层2、砂土 3、位移量测百分表4、钢板承台6、加载装置和用于拍摄碎石垫层图片的高分辨率数码相机，所述模型箱为上部开口箱体，箱体正面为透明钢化玻璃，箱体内放置有模型桩1，箱体内设置有砂土 3，砂土 3的高度为模型桩I桩顶的高度，砂土 3上面设置有碎石垫层2，碎石垫层2的厚度为模型桩I直径的两倍，碎石垫层2上面设有钢板承台6，钢板承台6上设有加载装置和位移量测百分表4。本发明使用室内模型试验，试验模型箱正面为20mm厚的透明钢化玻璃，其余四面为IOmm后的钢板。试验加载使用千斤顶5及反力架7，箱体上部设有反力架7，用于固定加荷设备。模型桩I采用实心半模桩，碎石垫层2采用级配碎石，碎石垫层2上覆钢板承台，加压时通过钢板承台6传递荷载。一种采用上述试验装置的基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的研究方法，包括以下步骤(I)将模型桩放置到模型箱内贴近透明钢化玻璃，模型箱内落砂土制样到模型桩桩顶位置时，停止落砂，并将砂土的上表面整平；(2)在模型桩桩顶铺设经过散斑处理的碎石垫层制样，碎石垫层铺设厚度为模型桩直径的两倍，整平碎石垫层表面；(3)然后依次布置钢板承台和加载装置，使用液压油磅控制加载装置，钢板承台上架设位移量测百分表量测加载位移；(4)透明钢化玻璃前架设高分辨率数码相机，对加载过程中的碎石垫层颗粒进行追踪拍摄，利用图像相关处理软件分析试验拍摄照片，对碎石垫层颗粒进行变形量测与解释，分析垫层破坏模式。本发明的垫层细观图像拍摄方法采用1210万有效象素、5倍光学变焦的尼康单反D700数码相机(图像最大分辨率为4256X2832)拍摄获取垫层图片。一般来说，图像的分辨率越高，所能识别的最小变形精度越高，因而能捕获垫层颗粒微小的位移变化。本次拍摄能达到的精度约为0. lmm/pixel.辅助摄像设备有冷光灯、三角架、遥控器。试验过程中各张照片的光线不能有太大变化，相机和灯光的位置在整个试验过程中应保持固定且不能晃动。本发明的细观垫层颗粒分析方法采用无标点法数字照相，对垫层颗粒染色制斑，利用图像相关分析，对垫层颗粒进行变形量测与解释，分析垫层破坏模式。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未 明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置，其特征在于包括模型箱、模型桩、碎石垫层、砂土、位移量测百分表、钢板承台、加载装置和用于拍摄碎石垫层图片的高分辨率数码相机，所述模型箱为上部开口箱体，箱体正面为透明钢化玻璃，箱体内放置有模型桩，箱体内设置有砂土，砂土的高度为模型桩桩顶的高度，砂土上面设置有碎石垫层，碎石垫层的厚度为模型桩直径的两倍，碎石垫层上面设有钢板承台，钢板承台上设有加载装置和位移量测百分表。
2.根据权利要求I所述的一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置，其特征在于所述模型桩模型桩采用实心半模桩。
3.根据权利要求I所述的一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置，其特征在于所述加载装置为千斤顶和反力架。
4.一种采用权利要求I试验装置的基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的研究方法，其特征在于包括以下步骤 (1)将模型桩放置到模型箱内贴近透明钢化玻璃，模型箱内落砂土制样到模型桩桩顶位置时，停止落砂，并将砂土的上表面整平； (2)在模型桩桩顶铺设经过散斑处理的碎石垫层制样，碎石垫层铺设厚度为模型桩直径的两倍，整平碎石垫层表面； (3)然后依次布置钢板承台和加载装置，使用液压油磅控制加载装置，钢板承台上架设位移量测百分表量测加载位移； (4)透明钢化玻璃前架设高分辨率数码相机，对加载过程中的碎石垫层颗粒进行追踪拍摄，利用图像相关处理软件分析试验拍摄照片，对碎石垫层颗粒进行变形量测与解释，分析垫层破坏模式。
全文摘要
本发明公开了一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的试验装置，包括模型箱、模型桩、碎石垫层、砂土、位移量测百分表、钢板承台、加载装置和用于拍摄碎石垫层图片的高分辨率数码相机，所述模型箱为上部开口箱体，箱体正面为透明钢化玻璃，箱体内放置有模型桩，箱体内设置有砂土，砂土的高度为模型桩桩顶的高度，砂土上面设置有碎石垫层，碎石垫层的厚度为模型桩直径的两倍，碎石垫层上面设有钢板承台，钢板承台上设有加载装置和位移量测百分表。本发明还公开了一种基于离散颗粒碎石垫层破坏模式的研究方法。本发明从微观方面来研究离散颗粒碎石垫层破坏模式，利用数字照相量测技术分析出垫层颗粒的位移场、应变场及剪切带，非常直观形象。
文档编号G01N3/14GK102749251SQ201210256639
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者朱小军, 赵学亮, 龚维明 申请人:东南大学