专利名称：土体变形特性的测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及地基基础工程测量设备技术，尤其涉及一种土体变形特性的测量系统。
背景技术：
输电线路杆塔基础主要承受上部结构的上拔与水平作用荷载，上拔稳定性设计往往是输电线路杆塔基础设计的控制因素。输电线路杆塔基础设计主要以满足上拔土体承载力要求为基准，因此确定基础上拔承载力是塔杆基础设计中需要解决的首要问题。目前，对于输电线路工程中最常用的原状土掏挖基础，DL/T 5219-2005技术规范中推荐采用“剪切法”计算上拔承载力。“剪切法”的原理是假设地基土体在上拔荷载作用下发生剪切破坏，计算剪切面为圆弧回转面，采用极限平衡方法可求出上拔承载力。对于细砂、粗砂、硬塑粘土，采用DL/T 5219-200中推荐的“剪切法”计算出的上拔承载力与试验结果较吻合。然而随着近年来特高压工程的发展，越来越多的输电线路要途径戈壁滩、沼泽地等特殊土地区。工程结果表明对于某些特殊地基，如戈壁滩碎石土、淤泥质粘土、黄土，采用“剪切法”计算出的结果与试验结果相差较大，其原因主要在于上述地基土在上拔荷载作用下产生的剪切破坏面已不是圆弧回转面。因此，为了准确计算上拔土体承载力，对上述地基土体中上拔土体变形、破坏及剪切面动态演化过程等土体变形特性进行准确确定，是准确计算上拔土体承载力的关键因素之一。关于土体变形特性测量的传统技术是包括电容传感器测量技术在内的机械式测量技术，该技术属于接触式测量，通过计量器械直接接触土体模型中的土体来获取土体变形特性。该现有技术存在的缺点主要有两点一是计量器械的支撑点和测量点都要给予足够的空间，这样使得测量点的布置数量非常有限；二是由于计量器械直接接触土体模型且计量器械对与其接触的土体的变形影响较大，使得测量得到的土体变形特性存在较大误差。为了克服上述传统测量技术的缺陷，现有技术还提供了一种光学式测量技术。该技术采用光学原理，通过非接触式的光学摄影，实时采集布设于待测的滑坡土体模型中的测量点的动态变化过程，并对摄影图像进行分析处理，得到滑坡体等土体位移等变形特性。 但是该现有技术在待测的滑坡土体模型中布设的测量点与土体模型中原始土的性状差异较大，使得测量点随原始土动态变形的协调性较差，从而降低了土体变形特性测量的准确性；此外，该现有技术中测量点和原始图视觉上差异不大，不便于观测和图像采集。
实用新型内容本实用新型提供一种土体变形特性的测量系统，用以提高土体模型中土体变形特性的测量准确性、以及观测和图像采集的方便性。本实用新型提供一种土体变形特性的测量系统，包括土体模型试验箱，为具有至少一个透明测试面的箱体，所述箱体内放置有待测的土体模型，所述土体模型的原始土内分散布置有多个测量点，每个测量点与所述透明测试面内侧相邻；任一所述测量点包括由所述原始土制成的土颗粒以及包覆在所述土颗粒外表面的漆膜，所述漆膜的颜色与所述原始土的颜色的色差大于或等于预设色差值；摄像设备，所述摄像设备的镜头位于距所述土体模型试验箱任一所述透明测试面的正前方的预设距离处；以及用于根据所述摄像设备采集的图像进行土体变形特性分析的计算机，所述计算机通过数据线与所述摄像设备连接。为了提高观测和图像采集的方便性，可选的，所述漆膜的颜色与所述原始土的颜色的色差大于或等于3. 0 ;所述多个测量点阵列排布在所述土体模型的原始土内；所述漆膜的厚度可为0. 5mm-2mm。可选的，所述测量系统还可包括三脚架，设置于所述摄像设备的下方并通过连接杆件支撑所述摄像设备。所述三脚架可包括用于进行高度和/或水平方向调节的调节部件。为采集到较清晰的图像信息，所述摄像设备的镜头位于距所述土体模型试验箱的所述透明测试面的正前方的l_2m处；所述摄像设备的镜头的分辨率大于或等于352X228 像素。所述摄像设备可为摄像机、摄像头或照相机。所述土体模型试验箱的任一透明测试面为透明玻璃测试面。为提高测试面的刚性和强度，所述透明玻璃测试面可为透明钢化玻璃测试面。本实用新型提供的土体变形特性的测量系统，摄像设备可基于光学原理对土体模型的土体动态变形过程进行图像采集，由计算机对摄像设备采集的图像进行分析以得到待测模型中的土体变形特性。本实用新型是采用非接触式图像采集获取进行土体变形特性分析所需的数据，相对传统机械式测量技术而言，减少了计量器械的支撑点所占用的空间，扩大了待测土体模型中允许布置的测量点的数量和范围，并且由于计量器械不直接接触土体模型，因此在本实用新型测量过程中不会引入计量器械对土体模型中土体变形的干扰，从而提高了土体模型中土体变形特性的测量准确性。此外，本实用新型相对于现有光学式测量技术而言，由于测量点的土颗粒采用土体模型中原始土制成，因此测量点的性状与土体模型中原始土的性状相似，有利于测量点随原始土协调变形，从而有利于提高土体变形特性的测量准确性；进一步的，本实用新型的测量点在土颗粒的外表面涂覆的漆膜的颜色，与原始土的颜色存在较大色差，因此便于对测量点的动态变化过程进行图像采集和识别，进而提高了测量分析结果的准确性。
图I为本实用新型提供的土体变形特性的测量系统的结构示意图。附图标记I-计算机； 2-连接杆件； 3-摄像设备；4-调节部件；5-三脚架；6-测量点；7-透明测试面；8_ 土体模型试验箱；9_原始土。
具体实施方式
[0021]图I为本实用新型提供的土体变形特性的测量系统的结构示意图。如图I所示的测量系统包括计算机I、摄像设备3和土体模型试验箱8。土体模型试验箱8为具有至少一个透明测试面7的箱体，所述箱体内放置有待测的土体模型，所述土体模型的原始土内分散布置有多个测量点6，每个测量点6与所述透明测试面7内侧相邻；任一所述测量点6包括由所述原始土 9制成的土颗粒以及包覆在所述土颗粒外表面的漆膜，所述漆膜的颜色与所述原始土 9的颜色的色差大于或等于预设色差值。摄像设备3用于进行土体模型的土体动态变形过程进行图像采集，摄像设备3的镜头位于距所述土体模型试验箱8任一所述透明测试面7的正前方的预设距离处。计算机I通过数据线与所述摄像设备3连接，用于根据所述摄像设备3采集的图像进行土体变形特性分析。在上述技术方案的基础上，可选的，所述多个测量点阵列排布在所述土体模型的原始土内。对于色差值大于3.0的两种颜色存在显著差异，因此，为了在土体模型中明显区分原始土 9和测量点6，可选择与原始土 9的颜色的色差大于3. 0的颜色的漆涂覆在测量点6的土颗粒的外表面，以在土颗粒的外表面形成与原始土存在明显区别的漆膜。所述漆膜的厚度可根据实际需要确定，例如所述漆膜的厚度为0. 5mm-2mm。为便于进行图像采集，可选的，上述测量系统还可包括三脚架5 ;三脚架5设置于摄像设备3的下方并通过连接杆件2支撑摄像设备3。三脚架5上还设置有用于进行高度和/或水平调节的调节部件4，以满足摄像设备3进行图像采集的角度调节要求。为采集到较好质量的图像，摄像设备3可选用分辨率大于或等于352X228像素的镜头，摄像设备的镜头位于距所述土体模型试验箱的所述透明测试面的正前方的合理距离如l_2m处，以使得摄像设备3拍摄的图像分辨率满足预设要求。摄像设备3可为但不限于摄像机、摄像头或照相机等。为了便于采集清晰图像，透明测试面可采用透光性好的材料制成，如土体模型试验箱8的任一透明测试面7可采用玻璃之成的透明玻璃测试面。为了提高透明玻璃测试面的刚性，透明玻璃测量面可采用刚性玻璃材料制成，即透明刚性玻璃测试面。下面对本实用新型进行土体变形特性的测量系统的工作过程进行说明。在实际应用中，如果需要对土体模型试验箱内放置的待测土体模型进行土体变形特性进行测量，则按照图I所示的方式搭建好测量系统。测量系统搭建好之后，可在平地地基或斜坡地基等土体模型中，进行模型地基基础在上拔荷载、上拔与水平组合荷载作用下的土体变形破坏试验。在土体变形破坏试验中，测量点随同土体模型中的原始土一起运动； 摄像设备从土体模型试验箱的透明测试面拍摄土体变形的动态过程，如土体起裂和裂纹扩展等过程；摄像设备将拍摄的图像声称如MPEG4格式的流媒体文件，并将该流媒体文件通过数据线发送给主机。该流媒体文件实时记录了土体变形破坏试验过程中测量点的整个变形过程，计算机通过对流媒体文件记录的信息进行分析，可得到待测土体模型中的土体变形特性。土体变形特性的可选分析处理方法例如计算机首先将从摄像设备接收到的流媒体文件导入计算机上运行的数字图像处理软件系统；之后根据流媒体文件记录的信息，确定关键时刻的土体变形值。对于关键时刻的土体变形值，可采用以下方式得到选择可以播放的MPEG4流媒体文件的媒体播放器播放摄像设备输出的流媒体文件，在需要采集计算测量点变形的时刻提取图像，利用数字图像处理软件系统连续进行以上图片的采样和测量点中心位置的计算，就可得到测量点中心的连续变形信息；通过测量点中心连续变形引起位移矢量角的变化并结合破坏过程图像信息，可综合确定地基土体滑动剪切面的形状特征。 计算机运行的数字图像处理软件系统还可对摄像机采集到的各测量点的变化轨迹进行分析，可获得加载时刻各测量点的水平、竖向位移，从而可准确描绘出上拔土体空间破坏面在测试面上的投影曲线。综上分析可知，本实用新型提供的土体变形特性的测量系统，摄像设备可基于光学原理对土体模型的土体动态变形过程进行图像采集，由计算机对摄像设备采集的图像进行分析以得到待测模型中的土体变形特性。本实用新型是采用非接触式图像采集获取进行土体变形特性分析所需的数据，相对传统机械式测量技术而言，减少了计量器械的支撑点所占用的空间，扩大了待测土体模型中允许布置的测量点的数量和范围，并且由于计量器械不直接接触土体模型，因此在本实用新型测量过程中不会引入计量器械对土体模型中土体变形的干扰，从而提高了土体模型中土体变形特性的测量准确性。此外，本实用新型相对于现有光学式测量技术而言，由于测量点的土颗粒采用土体模型中原始土制成，因此测量点的性状与土体模型中原始土的性状相似，有利于测量点随原始土协调变形，从而有利于提高土体变形特性的测量准确性；进一步的，本实用新型的测量点在土颗粒的外表面涂覆的漆膜的颜色，与原始土的颜色存在较大色差，因此便于对测量点的动态变化过程进行图像采集和识别，进而提高了测量分析结果的准确性。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种土体变形特性的测量系统，其特征在于，包括土体模型试验箱，为具有至少一个透明测试面的箱体，所述箱体内放置有待测的土体模型，所述土体模型的原始土内分散布置有多个测量点，每个测量点与所述透明测试面内侧相邻；任一所述测量点包括由所述原始土制成的土颗粒以及包覆在所述土颗粒外表面的漆膜，所述漆膜的颜色与所述原始土的颜色的色差大于或等于预设色差值；摄像设备，所述摄像设备的镜头位于距所述土体模型试验箱任一所述透明测试面的正前方的预设距离处；以及用于根据所述摄像设备采集的图像进行土体变形特性分析的计算机，所述计算机通过数据线与所述摄像设备连接。
2.根据权利要求I所述的测量系统，其特征在于，所述多个测量点阵列排布在所述土体模型的原始土内。
3.根据权利要求I或2所述的测量系统，其特征在于，所述漆膜的厚度为0.5mm-2mm。
4.根据权利要求I或2所述的测量系统，其特征在于，还包括三脚架，设置于所述摄像设备的下方并通过连接杆件支撑所述摄像设备。
5.根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述三脚架包括用于进行高度和/或水平方向调节的调节部件。
6.根据权利要求I或2所述的测量系统，其特征在于，所述摄像设备的镜头位于距所述土体模型试验箱的所述透明测试面的正前方的l_2m处。
7.根据权利要求I或2所述的测量系统，其特征在于，所述摄像设备的镜头为分辨率大于或等于352X228像素的镜头。
8.根据权利要求I或2所述的测量系统，其特征在于，所述摄像设备为摄像机、摄像头或照相机。
9.根据权利要求I或2所述的测量系统，其特征在于，所述土体模型试验箱的任一透明测试面为透明玻璃测试面。
10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于，所述透明玻璃测试面为透明钢化玻璃测试面。
专利摘要本实用新型公开了一种土体变形特性的测量系统，包括土体模型试验箱，为具有至少一个透明测试面的箱体，箱体内放置有待测的土体模型，土体模型的原始土内分散布置有多个测量点，每个测量点与透明测试面内侧相邻；任一测量点包括由原始土制成的土颗粒以及包覆在土颗粒外表面的漆膜，漆膜的颜色与原始土的颜色的色差大于或等于预设色差值；摄像设备，其镜头位于距土体模型试验箱任一透明测试面的正前方的预设距离处；以及用于根据摄像设备采集的图像进行土体变形特性分析的计算机，计算机通过数据线与摄像设备连接。本实用新型提高了土体模型中土体变形特性的测量准确性、以及观测和图像采集的方便性。
文档编号G01B11/16GK202350749SQ20112043315
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者崔强, 张振华, 鲁先龙 申请人:中国电力科学研究院