[发明专利]一种用于室内黏性土PIV模型试验的试验装置及试验方法

说明书

本发明提供一种用于室内黏性土PIV模型试验的试验装置及试验方法，所述试验装置包括喷砂装置和模型箱，所述模型箱不具有上盖且至少一个侧面为透明，所述模型箱的内侧面上涂覆硅脂，所述模型箱的透明侧面上设有对照点和控制点，且对照点和控制点上均涂覆硅脂，所述模型箱内底部设有排水机构，所述模型箱内填充黏土，所述黏土置于排水机构上，所述黏土的上方设有加载机构；所述喷砂装置内设有示踪粒子，所述喷砂装置用于将示踪粒子喷至模型箱的透明侧面内表面的硅脂上。本发明所提供的试验装置操作简便，克服了黏性土PIV的试验示踪颗粒问题。本发明所提供的试验方法，设计合理，流程简单，便于操作，能够保证试验结果的准确性。

技术领域

本发明涉及岩土工程和室内试验相关技术领域，尤其是涉及一种用于室内黏性土PIV模型试验的试验装置及试验方法。

背景技术

颗粒图像测速技术（Particle Image Velocimetry，简称PIV），是一种基于图像分析的多点、瞬态和无接触的测速技术，广泛用于流体力学的试验中。PIV技术可在同一时间记录空间中大量粒子的速度，同时展现流场的空间结构以及分析粒子的流动特性，这是传统单点测速技术无法实现的。PIV技术在使用中，其速度场测量需要依靠示踪粒子，当示踪粒子的流动性足够高时，通过测量示踪粒子段在某一时间间隔△t内的位移矢量，就可以反映整个流场空间内各点真实的运动状态。

随着岩土工程的发展，PIV技术逐渐用于砂性土的室内模型试验，以获得土体在不同工况下的位移场和速度矢量，例如砂性土的基础与砂土的动静相互作用特性、基坑开挖和隧道开挖等研究。由于砂土本身颗粒较大（主要由砂粒组成粒径0.075mm），直接采用高速相机可以直接捕捉砂粒的位移和速度矢量。而对于黏性土，主要由黏粒组成（粒径0.005mm），其粒径较小，高速相机无法直接捕捉黏粒的位移和速度矢量，因此在研究黏性土的位移特性时，需要在黏性土中增加示踪粒子。

鉴于目前还未有专门针对室内黏性土PIV模型试验的试验装置和试验方法，因此，为了室内黏性土PIV模型试验的顺利开展，建立适用于室内黏性土PIV模型试验专门的试验装置以及试验方法，具有重要的科研意义。

发明内容

本发明的第一个目的在于一种用于室内黏性土PIV模型试验的试验装置，能够满足黏性土室内PIV模型试验的相关研究要求。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种用于室内黏性土PIV模型试验的试验装置，其特征在于：所述用于室内黏性土PIV模型试验的试验装置包括喷砂装置和模型箱，所述模型箱不具有上盖且至少一个侧面为透明，所述模型箱的内侧面上涂覆硅脂，所述模型箱的透明侧面上设有对照点和控制点，且对照点和控制点上均涂覆硅脂，所述模型箱内底部设有排水机构，所述排水机构用于将模型箱内黏土中的水从模型箱内排出，所述模型箱内填充黏土，所述黏土置于排水机构上，所述黏土的上方设有加载机构，所述加载机构用于给黏土施加向下的压力；所述喷砂装置内设有示踪粒子，所述喷砂装置用于将示踪粒子喷至模型箱的透明侧面内表面的硅脂上。

在采用以上技术方案的基础上，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述喷砂装置包括气缸、活塞、轴杆、把手、漏斗、气动接头、硅胶圆管、封口盖；所述气缸内置活塞，所述气缸下部内侧设有气缸内螺纹，所述活塞的上端连接轴杆，所述轴杆的上端设有把手；所述漏斗的上部外侧设有漏斗外螺纹，所述漏斗的底端设有气动接头，所述气动接头内插入硅胶圆管，所述硅胶圆管的另一端设有封口盖。

作为本发明的优选技术方案：所述模型箱的透明侧面为有机玻璃面板，所述模型箱为钢制模型槽，所述钢制模型槽与有机玻璃面板相应的一侧设有螺栓孔，所述有机玻璃面板经螺栓与螺栓孔紧固于钢制模型槽上。