[发明专利]一种通过改进的非接触式光学干涉法测定软黏体粗糙度的方法

说明书

本发明公开了一种测定软黏体粗糙度的方法，包括下列步骤：（1）通过改进的非接触式光学干涉法，测量受法向力状态下的不同目数的砂纸表面，利用光洁透明传压板对不同目数的砂纸传递不同法向力，将砂纸界面的实际表面轮廓问题转化为构成轮廓所需微凸体的高度分布，根据砂纸表面微凸体的高度分布导出砂纸粗糙度概率密度函数，作为标准粗糙度；（2）通过改进的非接触式光学干涉，在与（1）相同的方法对软黏体的表面轮廓进行测量，并根据软黏体表面微凸体的高度分布导出软黏体粗糙度概率密度函数；（3）将步骤（2）得到的结果代入步骤（1）中进行对比，得到的数值与哪个目数砂纸的相符合，即定义黏性土粗糙度为该目数。本发明首次确定了软黏体粗糙度的方法，并将软黏体的粗糙度代换为标准砂纸的粗糙度，推进了粗糙度的标准化表达；采用非接触的方式测量粗糙度，可以最大限度的还原受力时软黏体的原始表面轮廓。

技术领域

本发明涉及一种通过改进的非接触式光学干涉法测定软黏体粗糙度的方法。

背景技术

目前并没有对软黏体这一广义物质的粗糙度进行测定的方法，但是对软黏体中的黏性土这一具体物质有较多测试方法。

考虑黏性土的内外因素，影响接触面力学性质的因素有很多，如土颗粒粒径、土体的含水率、接触面粗糙度和施加外力等，粗糙度对接触力学性质的影响有不少专家学者对此进行了研究。

夏春红等通过超高压直残剪试验系统研究了不同试验条件下土-结构接触面的剪切力学特性，结果表明结构面粗糙度能够影响接触面的剪切强度和本构关系；张吉顺等利用大型多功能界面剪切仪进行沿黏性土—混凝土接触面剪切试验，结果表明粗糙度对黏性土－桩界面的力学特性有重要影响。这些专家学者考虑粗糙度对接触面的影响都是基于结构体的粗糙度进行研究的，而对黏性土粗糙度的研究鲜有研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题提供一种通过改进的非接触式光学干涉测定软黏体粗糙度的方法。

本发明提供的一种通过改进的非接触式光学干涉测定软黏体粗糙度的方法，包括下列步骤：

(1)通过改进的非接触式光学干涉，在不同法向力作用下对不同目数的砂纸进行标定，测定砂纸界面表面轮廓，将砂纸界面表面轮廓问题转化为微凸体组成颗粒的高度分布，砂纸表面微凸体的高度符合正态分布概率密度函数；

(2)通过改进的非接触式光学干涉，在不同法向力作用下对黏性体进行标定。

(3)将步骤(2)得到的结果代入步骤(1)中，得到的数值与标准砂纸的目数相符合，即定义软黏体粗糙度为该目数。

非接触式光学干涉测定时，使用的挡板为光洁透光体，光洁透光体经过调整的光学干涉方法，可以有效接收反射光形成干涉条纹，有效透过传压板，测量下层界面的表面轮廓。

法向力的范围为0-10000000N/m²。

砂纸的目数范围是10-2000目。

上述改进的非接触式光学干涉方法为：

两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动，而某一束相干光的光程变化是由它所通过的几何路程或介质折射率的变化引起，所以通过干涉条纹的移动变化可测量几何长度或折射率的微小改变量，从而测得与此有关的其他物理量。

光洁透明传压板的足够厚度能够确保法向力施加时无明显变形即可，现有的光学干涉方法无法对传压板下层界面的表面轮廓进行测量，这是因为传压板改变了反射光的路线，造成无法收集反射光形成干涉条纹，这就需要对光学干涉的采集传感器位置进行调整。调整距离为x，以下为x的具体数值。

由折射定律：

则

由于x＝2dtanγ，则