土工三轴试验试样全表面变形数字图像测量系统的精度分析

针对已研发的土工三轴试验试样全表面变形数字图像测量系统,从系统误差和随机误差两方面分析各可能的误差来源,并从系统误差修正和试验环境改善两方面着手消除或减小误差。以具代表性的饱和无黏性土三轴排水剪切试验为例,通过由图像测量系统所测得的试样变形结果与传统手段观测结果的对比,讨论图像测量系统用于三轴试验的合理性。进一步给出一种应变测量精度检定方法:以静态应变测试仪所测得的试样应变为"真值",将图像测量系统所测得的应变值与应变"真值"作比较,通过大量试验数据,统计出本图像测量系统的误差,进而给定了图像测量系统的实际测量精度为4×10-5。同时还比较体积应变的测量结果。     

基于图像测量粉砂三轴试样变形特性试验研究

应用三轴试样变形数字图像测量技术,对不同密度干燥和饱和状态的粉砂试样进行了三种围压条件下的三轴试验,通过对各种试验条件下的应力应变试验曲线的对比分析,从细观角度分析了围压、密度和孔隙水作用对粉砂试样变形的影响机理,得出了一些结论。     

三轴试样破坏后应变局部化影响的实验研究

几乎所有土的本构关系模型研究都是以试验得到的土样的应力应变关系曲线为依据的。在此情况下,应力应变关系曲线反映的是土样整体的变形特征,土样被认为是单元体。在土的三轴试验中引入土样全表面变形场(局部变形)测量技术,通过测量在土样表面标定的特征点的变形过程,得到土样表面的局部变形特征。发现土样在发生剪切破坏后,剪切带内和带外的变形特点截然不同。根据剪切带的发生和发展情况,土样的变形可以分成破坏前、破坏和破坏后3个阶段,在不同阶段土样表现出不同的变形性质。在破坏前阶段,土样变形大体均匀,此时整体的应力应变曲线具有代表性;在破坏阶段,土样在某一点(或几个点)开始出现破坏并逐渐发展,最后形成贯穿的剪切带,观测到的变形是剪切带内和剪切带外的土体变形的综合结果;在破坏后阶段,荷载(应力)不再增加,剪切带外的上下两部分土体就像刚体一样变形不再增长,观测到的土样"变形"仅仅来自于土样沿着剪切带的滑动。此时不能根据土样沿剪切带的摩擦滑移直接定义土样应变。土样整体的应力应变关系曲线是土样作为结构体的响应,不是单元体的响应。据此认为:土的本构关系模型研究应该包括土体未发生破坏时的应力应变关系、破坏准则和破坏后沿剪切带的摩擦滑动性质,模型研究的重点在于破坏前阶段的应力应变关系的描述。所谓的临界状态其实是土样沿剪切带的类似于刚体滑动的状态。     

基于数字图像测量技术的加筋土三轴试验研究

通过加筋土固结排水三轴试验,结合三轴试验土样变形数字图像测量系统,研究加筋中砂试样在三轴试验条件下的变形场。加筋材料采用玻璃纤维土工格栅,分别在4种不同布筋位置、3种不同围压下共进行45组试验。试验结果表明:在应变达到一定程度的情况下,土工格栅对中砂的强度和抵抗变形的能力的增强效果随布筋层数的增加而增大,单独布一层筋的加筋土的三轴试验中,围压越大加筋效果越明显,三层加筋的加筋土三轴试验中情况则相反;土工格栅对中砂的横向变形有很大的约束作用,这一约束作用随着围压的增大而增大,且随着围压从100kPa增大到300kPa的过程中水平约束作用增加28%～50%。     

土工带加筋碎石土大型三轴试验研究

为真实反映土工带加筋碎石土的受力特性,本文采用实际工程中使用的TG玻塑土工带进行了4组不同围压、不同 加筋层数的土工带加筋碎石土大型三轴试验。分析了加筋带对碎石土应力-应变关系及强度的影响,并引入应力比、强度 加筋系数、破坏变形加筋系数、轴向变形加筋系数和侧向变形加筋系数来评价加筋效果。试验结果表明:碎石土经土工带 加筋后其破坏强度和破坏应变均得到提高,在大变形下土工带加筋碎石土仍能继续承担荷载。加筋土和未加筋土的强度 曲线基本平行,土工带加筋碎石土的强度服从"准粘聚力"原理。加筋效果不仅与加筋参数有关,而且与围压有关,加筋带 的作用发挥随围压增大而减小。     

土工格栅加筋土三轴试验研究

通过三轴试验方法研究土工格栅加筋土的强度及变形破坏特性,探论了在不同加筋情况下,土工格栅加筋土强度影响因素及其变化规律,分析了素土和土工格栅加筋土的变形破坏形式及筋材在土体抗剪破坏过程中的变形机理.试验结果表明:(1)加筋后土体的强度和抵抗变形的能力明显增强.(2)在加筋层数一定的情况下,随着围压的增加加筋土强度明显增强,加筋效果显著增加.(3)在围压一定的情况下,随着加筋层数的增加加筋土强度增强,加筋效果显著增加.(4)对于强度加筋效果系数和规格化强度分析发现,在中围压下,加筋土加筋效果最合理最有效.(5)土工格栅加筋土应力应变关系采用固结围压作为归一化因子进行处理可得到一个统一的数学表达,即归一化公式,具有很好的归一化特性.本研究结果对于深入研究土工格栅加筋土加固机理和加筋土工程具有指导意义.     

三轴试样径向变形激光量测系统的改进

 利用激光光电检测技术和高精度位置敏感探测器(PSD)的优点,对三轴试样径向变形的激光量测系统进行相关改进。共做了3个方面的改进工作：(1) 将圆形压力室改为方形压力室,可解决光垂直入射时发生的光线偏折现象。(2) 由于原系统使用1个PSD,无法解决三轴剪切试验中试样容易发生偏心的问题,使用2个PSD分别对试样径向左右两侧进行量测,可提高量测的精度。(3) 将控制传感器升降的微动机械控制单元的普通电机转换成由计算机指令控制的步进电机,每一行程都能回到同一初始位置。运用该套系统对标准件、压力室中的标准件和压力室加水的标准件进行标定,得出电信号变化与直径变化的函数关系,并对饱和含黏砂土试样进行固结试验,将测试结果同计算结果相比较,证明该套系统测试三轴试验试样的体变结果较为可靠。该系统可用于研究三轴试样的局部变形和端部约束等问题,并对当前土体本构关系中的应变局部化、剪切带形成以及非饱和土体变量测等方面也有比较广泛的应用前景。     

土工织物散体桩桩体大三轴试验研究

对密实状态的土工织物散体桩桩体进行大三轴试验,研究其在不同围压和不同聚丙烯土工编织布筋材强度下的应力–应变特性,并据此提出桩体强度及模量理论计算公式。研究结果表明:土工织物散体桩桩体在三轴压缩下呈剪胀破坏,其剪切带上主要是筋材的横向筋丝产生断裂,且桩体剪切角与碎石的莫尔–库仑理论破裂角比较接近;在加载初期,土工织物散体桩应力–应变曲线下凹,而后近似线性增长至峰值应力,随后应力随应变减小并趋于稳定,表现为应变软化特性;同一筋材强度、不同围压的土工织物散体桩桩体强度所对应的轴向应变值比较接近;土工织物散体桩桩体的似黏聚力随筋材强度呈较好的线性增长关系,其较碎石的似黏聚力大很多,而筋材对桩体碎石的内摩擦角影响不大;建立了土工织物散体桩桩体强度及模量的理论计算公式,并采用试验值对理论公式进行修正,经修正后的结果与试验值吻合很好。     

三轴试验土样径向变形的计算机图像测量

提出了一种三轴土样径向变形的计算机数字图像测量方法。将计算机图像识别技术应用于常规的土工三轴试验 ,实现三轴土样变形的直接测量和土样变形过程的摄像、自动测读和自动记录 ,不仅为土工三轴试验提供了一种直接、有效的测量手段 ,而且可以把常规三轴仪应用于非饱和土的变形测试。文中还分析了测量精度和测量误差产生的原因。给出了对于实际土样采用常规测量方法和数字图像测量方法测量结果的比较。     

岩石试样的三轴卸围压试验

介绍了模拟地下岩体破坏的三轴卸围压试验，从新的角度考察了岩石强度、围压与试样弱化破坏间的关系，以塑性变形量和本征强度统一研究了三轴压缩和卸围压两种力学过程，提出了材料参数弱化模量来描述岩样的本征强度降低，讨论了循环加卸围压过程。     

基于数字图像测量技术的粉煤灰三轴试样剪切带研究

以粉煤灰作为试验土体,充分利用数字图像测量技术的面场特性,研究三轴试样剪切带的形态、出现剪切带试样的应力应变特性以及剪切带的形成条件和影响因素。试验在改进的高精度三轴仪上进行,为了分析比较,选择不同密度、围压、试样高度和饱和度的三轴试样,共进行了20组固结排水剪切试验。结果表明,粉煤灰三轴试样中出现的剪切带形态各异,没有可以遵循的规律。在试验过程中出现剪切带的土体,其应力应变有明显峰值,剪切带初始形成时刻位于峰值强度之前,剪切带完全形成后,土体强度趋于残余强度。粉煤灰三轴试样出现剪切带的必要条件是土样具有较大的相对密度和相对较小的周围压力,相对较高的试样和饱和状态的试样比较容易出现剪切带。利用数字图像测量技术还可以成功记录三轴试样剪切带发育的全过程,比较容易地确定剪切带开始出现和完全形成的时刻。     

三轴土样局部变形的数字图像测量方法

在已完成的土样径向变形数字图像测量基础上 ,实现了土样轴向变形和径向变形的同步测量 ,不仅可测量土样整体的平均变形 ,而且可测量土样的局部变形 ,还给出了图像测量系统的理论精度和实际测量精度。用砂土、粉煤灰两种饱和试样进行固结排水剪切试验 ,对采用图像测量方法得到的三轴土样不同部位的局部测量结果和采用传统测量方法得到的整体平均测量结果进行了比较     

基于数字图像处理技术的金相分析

随着计算机技术的发展,数字图像处理技术也得到了快速的发展,将数字图像处理技术应用到金相分析中,提取金相照片中的典型结构特征,帮助火调人员对金相图片分类,协助调查火灾原因及火灾蔓延方式,为火灾调查提供迅速有效的科学信息.     

Image based local deformation measurement of saturated sand specimen in undrained cyclic triaxial tests

To evaluate the local deformation properties of sand specimen directly in the undrained triaxial test, a procedure based on Particle Image Velocimetry was developed through using a transparent membrane. Cylindrical specimens using a mixture of silica sand particles in black and white colors were prepared by the moist tamping method with five sand layers and the air pluviation method. Comparisons of local deformations between the direct evaluation by sand particles patterns and indirect evaluation by dots pasted on the membrane were made for a single specimen. The results obtained in the undrained cyclic triaxial tests revealed that the local deformation properties of medium dense and dense silica sand specimens evaluated by the indirect observation were consistent with those evaluated by the direct observation before the onset of initial liquefaction, except for some regions near the bottom ends of the specimen. Unlike the air pluviation method, the moist tamping method induced undesirable stratification within the specimen, and this resulted in the occurrence of specimen necking. Meanwhile, a non-uniform local strain distribution was observed along the specimen prepared by moist tamping method even under an axial strain less than 2%. The relative movement between the membrane and sand specimen, or slippage, occurred at the liquefied status. The extent of vertical slippage was also impacted by the relative density of the specimen.     

基于数字图像处理技术的LiDAR数据建筑物提取

LiDAR技术已经被广泛地应用于城市三维模型的重建.本文在现有方法的基础上,探讨了一种基于数字图像分析技术提取建筑物边界的方法,该方法首先将LiDAR点云数据量化生成灰度影像,然后利用图像分割、边缘检测等图像分析技术将建筑物信息与地面特征分离开,最终提取建筑物的轮廓线.实验结果表明,这种方法能够比较准确地反映建筑物的边界,效果理想.     

多媒体信息及数字图像处理技术

对多媒体、多媒体信息的数字化、多媒体课件的制作等方面进行了介绍,并对静态图像处理技术及影响数字图像质量的相关因素进行了阐述,同时对编辑软件、数字图形与数字图像的区别,多媒体创作工具等方面进行了论述,为其进一步的研究探讨提供了理论基础。     

基于数字图像相关技术的土体干缩开裂过程研究

在干燥条件下,土体极易蒸发失水收缩产生开裂,深入研究土体干缩开裂过程对准确掌握干旱气候环境中的土体工程性质响应特性具有重要意义。通过对黏性土开展室内干燥试验,采用数码相机实时记录土体表面裂隙的动态发育过程,结合数字图像相关技术,获取土体收缩开裂全过程。结果表明:①裂隙通常在土体表面张拉应力集中处产生,裂隙产生后周围应力场得到迅速释放并发生重排,且裂隙间倾向于成直角相交;②土体表面的位移场和应变场可以有效反映土体收缩开裂过程中的动态特征,能为分析和预测裂隙的演化过程提供重要参考信息;③土体被裂隙分割成不同的块区,每个块区在收缩过程中都存在收缩中心现象,且各块区的收缩中心位置会随时间而变化;④数字图像相关技术能有效识别不同图像之间的灰度特征值,能在完全不扰动土样的条件下准确获取土体表面干缩变形信息的时空演化特征,为研究土体干缩开裂动态过程及机理提供了优越的技术手段,具有较好的推广价值。