[实用新型]观测裂土裂隙发展演化过程的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及土体工程力学试验仪器技术领域，尤其涉及一种观测裂土裂隙发展演化过程的试验装置，利用该装置开展裂土裂隙在干缩失水影响下裂隙发展演化规律试验，有助于科研人员加深对土体裂隙变化物理过程的了解，并为最终建立在气候作用下裂土工程稳定性预测预报模型奠定基础。 

背景技术

裂土（裂隙黏土、膨胀土、胀缩土等的统称）的裂隙是影响其工程性质的重要因素。在气候及外部环境影响下，土体因失水干缩产生的裂隙土体的强度和稳定性有重要影响。地下水的渗流、污染物的扩散等也受土体裂隙形状和大小的控制。随着交通、水电工程、建筑工程、矿业开发、石油开采、核废料处理等领域的快速发展，对土体裂隙发生、发展演化规律进行深入研究具有重要意义。 

对裂隙的调查、测量和统计是评价土体质量、提取土体力学参数和进行数值仿真分析的基础。目前，对土体裂隙的野外调查和现场测量还是以手工测量方法为主，手工方法工作效率较低，易受到自然条件的影响，引起的随机误差和系统误差较大。因此，一些研究者通过室内模拟自然环境对土体裂隙演化展开研究。数码摄像以及数字图像识别分析技术的发展为实现高效的裂隙测量提供了一种可能途径。这种方法的关键在于对裂隙图像的计算机识别，其前提是获得清晰的可准确表现裂土在环境变化情况下裂隙发育过程的数码照片。然而，照片拍摄过程中光线等外部环境影响对拍摄效果影响较大，直接影响到后续试验与分析。 

此外，裂土产生裂隙主要原因是水的蒸发，对于裂隙发展演化试验必须观测土体含水率的变化，而现有试验方法并不能实时动态记录土体含水率变化。 

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种观测裂土裂隙发展演化过程的试验装置，结构简单，使用方便，结果准确性高，试验全过程只需控制电脑采集数据，减少了人为影响误差。解决了现有室内模拟裂土在失水干缩过程裂隙演化试验中、拍摄照片易受外部环境干扰、无法对土体含水率实时记录、进而不能准确获得土体裂隙演化规律的难题。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种观测裂土裂隙发展演化过程的试验装置，其原理是利用成像效果好的CCD摄像头拍摄土体裂隙演化照片，利用高精度电子天平监测 土体裂隙发育过程中的失水质量，利用电脑控制摄像头与电子天平达到实时采集数据，利用密封不透光的暗箱避免外界对试验的干扰以及拍摄照片的影响。 

一种观测裂土裂隙发展演化过程的试验装置，该装置包括：试验箱，成像装置，成像辅助装置，含水率监测装置，数据采集装置。 

其中，试验箱包括：暗箱、暗室盖、第一合页、第二合页、第一孔洞、第二孔洞、第三孔洞、第四孔洞、第五孔洞、第一挂钩、第二挂钩。暗箱与暗室盖为木制，暗箱与暗室盖分别通过第一合页、第二合页连接，第一合页距离暗箱顶部为70cm、第二合页距离暗箱底部为70cm。暗箱为边长30cm，高为300cm的立方体，暗室盖尺寸为30cm×300cm。孔洞直径为1cm，其中第一孔洞为螺环孔，与螺旋伸缩杆外径匹配；第二孔洞内穿过CCD摄像头电源线以及数据传输线；第三孔洞内穿过第一LED冷光灯的电源线；第四孔洞内穿过第二LED冷光灯的电源线；第五孔洞内穿过电子天平电源线与数据传输线。 

成像装置包括：CCD摄像头与螺旋伸缩杆。电源线及数据传输线从第二孔洞穿过与电脑相连。螺旋伸缩杆长20cm，从第一孔洞穿过，下部固定CCD摄像头，CCD摄像头的镜头距离暗箱顶部为38cm。 

成像辅助装置包括：第一LED冷光灯、第二LED冷光灯、第一反光板、第二反光板。第一LED冷光灯与第二LED冷光灯距离暗箱顶部38cm，第一LED冷光灯与第二LED冷光灯的电源线从第三孔洞与第四孔洞中穿过。第一反光板与第二反光板通过铁钉固定与暗箱的顶部。 

含水率监测装置主要是带有电脑控制可自动采集测量数据功能的电子天平（精度达到0.001g）。电子天平摆放于暗箱底部。 

数据采集装置是电脑，负责采集CCD摄像头的成像数据以及电子天平称量的质量数据。 

本实用新型的使用步骤： 

将暗室放于水平平面，安装螺旋伸缩杆、LED冷光灯、反光板、安装CCD摄像头与电子天平并连接电脑，将各部件的电源线或数据传输线穿过孔洞。接通电源，调整螺旋伸缩杆高度与反光板角度，调试CCD摄像头焦距，将测试土样放于电子天平上，关上暗室盖并挂上挂钩。实时通过电脑控制CCD摄像头与电子天平工作，记录数据。 

本实用新型的有益效果：