[发明专利]一种用于桩柱结构物局部冲刷试验的实时监测装置及方法

权利要求书

1.一种用于桩柱结构物局部冲刷试验的实时监测装置，包括用于模拟桩柱结构物的圆柱体、用于模拟水底环境的试验土层和试验水层，所述试验水层位于所述试验土层的上方，所述圆柱体的下部被埋入试验土层中，其特征在于：所述圆柱体的周壁透明且底部密封，所述圆柱体被埋入所述试验土层中的高度不小于所述圆柱体外径的2倍，所述圆柱体的上端伸出于所述试验水层，所述实时监测装置还包括相机，所述相机通过支架被置于所述透明圆柱体的内部空间中，所述相机的水平位置低于所述试验水层的水平面，所述相机的镜头竖直向下、镜面水平，所述相机的镜头中心与所述圆柱体底部中心在竖直方向上对齐，所述相机数据连接外部处理单元。

2.如权利要求1所述的一种用于桩柱结构物局部冲刷试验的实时监测装置，其特征在于：所述透明圆柱体为有机玻璃桶，所述有机玻璃桶的桶壁厚度为1.5-3mm，其底部厚度为2-5mm。

3.如权利要求2所述的一种用于桩柱结构物局部冲刷试验的实时监测装置，其特征在于：所述有机玻璃桶的外表面设有刻度线。

4.如权利要求1所述的一种用于桩柱结构物局部冲刷试验的实时监测装置，其特征在于：所述相机的支架上连接有可伸缩装置，所述相机能在所述可伸缩装置的驱动下在所述圆柱体内部移动。

5.如权利要求1所述的一种用于桩柱结构物局部冲刷试验的实时监测装置，其特征在于：所述外部处理单元为电脑或其他照片处理装置，能够进行照片的数据处理。

6.一种用于桩柱结构物局部冲刷试验的实时监测方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求1-5中任意一项所述的实时监测装置，并包括以下步骤：

1)进行第一次标定，得到冲刷坑深度所需的关系式；

2)进行第二次标定，得到冲刷坑宽度所需的关系式；

3)开始冲刷试验并采集影像，将透明圆柱体放在所需位置，相机安装到位，记录底床初始高程Z₀，开始试验，相机同时开始录像，直到试验结束；

4)提取视频某一时刻的一帧，建立坐标系，确定圆柱底部圆心O的坐标(X₀,Y₀)，

5)获得冲刷深度曲线，

①对步骤4)中的图片进行处理获得冲刷坑深度边界曲线，利用find函数获得该曲线上所有点的坐标(X,Y)，计算得到各点到中心O的距离R和角度Theta，代入关系式中，得到该条曲线上所有点的高程及所有点的冲刷深度由此得到所有点的数对得到该时刻冲刷坑边界冲刷深度曲线

②重复上述步骤，得到某个特定方向Theta上冲刷深度随时间变化曲线

③将某时刻曲线上所有点的冲刷深度取平均值得到得到整个试验过程中平均冲刷深度随时间的变化曲线

6)获得冲刷宽度曲线，

①对步骤4)中的图片进行处理获得圆柱冲刷坑宽度边界曲线，利用函find数得到该曲线上的所有点的坐标(X,Y)，然后获得各点到中心O的距离R和角度Theta，代入关系式中，得到该曲线上所有点的冲刷坑宽度由此得到所有点的数对得到该时刻冲刷坑边界——冲刷坑宽度的曲线

②重复上述步骤，得到某个特定方向Theta上冲刷宽度随时间变化曲线