一种用于土体裂隙发展演化的观测试验装置的制作方法

1.本实用新型属于岩土工程技术领域，特别涉及一种用于土体裂隙发展演化的观测试验装置。


背景技术：

2.岩土工程中经常发生土体开裂的现象，许多重大工程事故的发生都是由土体裂隙的产生及扩展所引起的；因此，对土体裂隙进行观测，研究土体裂隙产生及扩展规律，并及时采取预防措施显得尤为重要；当土体受到周期性含水量变化时，压实土体产生裂隙并不断发展演化，出现不同程度的裂隙。
3.目前，现有的土体裂隙发展演化的观测手段，包括数码摄像法及ct扫描法等；其中，数码摄像法在照片拍摄过程中受到外界环境光线及温度的影响，成像不稳定，直接影响了土体裂隙发展演化过程的观测和分析；ct成像技术中，土样尺寸相对较小且造价较高，难以对土体裂隙发展演化过程进行连续稳定的观测。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种用于土体裂隙发展演化的观测试验装置，以解决现有的土体裂隙观测手段易受外界环境影响，观测结果偏差较大的技术问题。
5.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.本实用新型提供了一种用于土体裂隙发展演化的观测试验装置，包括试验箱、土样容器、升降平台、扫描仪、恒温加热板及保温层；
7.所述试验箱为中空的箱体结构，所述试验箱的顶部开设有观测口；所述土样容器设置在试验箱内，并正对所述观测口设置；所述升降平台设置在土样容器的下方，用于带动所述土样容器竖直上下移动；待观测土样压实设置在所述土样容器内；
8.所述扫描仪设置在试验箱的上方，并扣合固定在所述观测口的上方；所述扫描仪，用于获取待观测土样上表面的图像信息；所述恒温加热板设置在试验箱的内表面，用于对试验箱的内部环境温度进行调节；所述试验箱的外侧粘贴有保温层；所述试验箱的顶部开设有排气孔。
9.进一步的，所述排气孔均匀分布在所述观测口的四周。
10.进一步的，所述待观测土样的表面还设置有参考颗粒层；所述参考颗粒层采用预设颜色的颗粒物铺设而成。
11.进一步的，所述待观测土样的上表面还设置有两个色卡；两个色卡分别设置在待观测土样的对角线角落处；
12.其中，所述色卡包括卡片本体及若干标准颜色卡纸，所述卡片本体设置在待观测土样的顶部表面，若干标准颜色卡纸依次设置在所述卡片本体上；其中，若干标准颜色卡纸包括黑色卡纸、白色卡纸、红色卡纸、绿色卡纸及蓝色卡纸。
13.进一步的，所述土样容器包括土样模具及容器底板；
14.所述土样模具为上下开口的矩形框体结构，所述待观测土样压实设置在所述土样模具中；所述土样模具的下端固定在所述容器底板上，所述容器底板设置为所述升降平台的上端。
15.进一步的，还包括压样装置；所述压样装置包括压样面板及压样底板；
16.所述压样底板水平固定在所述压样面板的下表面；所述压样底板为矩形板结构，所述压样底板能够配合设置在所述土样模具的上端。
17.进一步的，所述土样模具采用透明的亚克力板制作而成；所述容器底板为玻璃板。
18.进一步的，还包括计算机，所述计算机的输入端与所述扫描仪的输出端相连；所述计算机，用于对获取的待观测土样上表面的图像信息进行存储。
19.进一步的，所述扫描仪采用epson perfection v39扫描仪。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
21.本实用新型提供了一种用于土体裂隙发展演化的观测试验装置，将待观测土样压实设置在土样容器中，通过对待观测土样的增湿与减湿活动，使待观测土样产生平面裂隙，实现对土体二维平面裂隙发展演化的模拟；通过在试验箱的内表面设置恒温加热板，并在试验箱的外侧粘贴保温层，以在试验箱内部形成保温的黑暗暗环境，避免了外界环境对观测结果的影响；采用扫描仪对待观测土样上表面的图像信息的采集，实现对土体裂隙发展演化结果的观测；同时，利用升降平台对待观测土样的高度进行调节，以便于扫描仪能够获取清晰的土样裂隙发展演化过程图像，提高试验结果的精度。
22.进一步的，通过在观测土样上表面设置参考颗粒层，实现待观测土样的裂隙发展演化过程中位移场的直观获取。
23.进一步的，通过在待观测土样上表面对角线角落处设置色卡，利用色卡的颜色恒常性，为待观测土样裂隙发展演化过程中图像颜色的矫正提供参考依据，解决了不同时期观测土样裂隙发展演化过程中的图像颜色存在差异性的问题，提高了试验结果的精度。
24.进一步的，利用压样装置将观测土样压实在土样容器中，有效提高了观测土样的均匀性，减少了由于待观测土样自身不均匀性，对土体裂隙发展演化过程造成的不利影响。
25.进一步的，将计算机与扫描仪相连实现了试验过程中图像的自动化采集，减少了人为操作的误差。
附图说明
26.图1为实施例所述的用于土体裂隙发展演化的观测试验装置的整体结构示意图；
27.图2为实施例中的土样容器的俯视图；
28.图3为实施例中的土样容器的正视图；
29.图4为实施例中的升降平台的结构示意图；
30.图5为实施例中的制样过程示意图；
31.图6为实施例中的压样装置的正视图。
32.其中，1试验箱，2土样容器，3升降平台，4扫描仪，5恒温加热板，6压样装置，7待观测土样，8参考颗粒层，9色卡，10保温层，11排气孔；21土样模具，22容器底板；31底板，32升降板，33第一伸缩杆，34第二伸缩杆，35旋转手柄；61压样面板，62压样底板。
具体实施方式
33.为了使本实用新型所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
34.本实用新型提供了一种用于土体裂隙发展演化的观测试验装置，包括试验箱1、土样容器2、升降平台3、扫描仪4、压样装置6、待观测土样7、参考颗粒层8、两个色卡9及计算机。
35.所述试验箱1为中空的箱体结构，并设置在水平试验台面上；所述试验箱1的顶部开设有观测口；所述土样容器2设置在试验箱1内并正对所述观测口设置，待观测土样7压实设置在所述土样容器2内；所述升降平台3设置在所述试验箱1内，并置于所述土样容器2的下方；所述升降平台3，用于带动所述土样容器2在所述试验箱1的内部竖直上下移动；利用升降平台3对土样容器2的竖向高度进行调整，实现对待观测土样7的竖向高度的调节，以便于扫描仪4能够获取清晰的土样裂隙发展演化过程图像，提高实验结果的精度。
36.所述扫描仪4设置在试验箱1的上方，并扣合固定在所述观测口的上方；所述扫描仪4，用于获取待观测土样7上表面的图像信息；所述扫描仪4的输出端通过数据连接线与计算机相连；所述计算机，用于对获取的待观测土样7上表面的图像信息进行存储；通过数据连接线将扫描仪4与计算机相连，实现了试验过程中图像的自动化采集，减少了人为操作的误差。
37.所述恒温加热板5设置在试验箱1的内表面，用于对试验箱1的内部环境温度进行调节；通过在试验箱1中设置恒温加热板5，利用所述恒温加热板5对试验箱1的内部环境进行均匀加热，实现对待观测土样7的减湿操作，能够真实地模拟土体的平面裂隙发展演化过程。
38.所述试验箱1的外侧粘贴有保温层10，所述试验箱1的顶部开设有排气孔11；其中，所述排气孔11均匀分布在所述观测口的四周；采用在试验箱1外侧粘贴保温层10并设置排气孔11，实现在试验箱1的内部形成一个黑暗封闭保温空间；采用在试验箱1中进行土体的平面裂隙发展演化试验，减小了试验中试验环境温度及光线的影响，所获待观测土样7的裂隙发展演化过程中的图像较为稳定，提高了观测试验结果待准确性。
39.所述压样装置6，用于与土样容器2的上端配合，用于将待观测土样7压实在土样容器2中；通过压样装置6将待观测土样7压实在土样容器2中，有效提高了待观测土样7的均匀性，减少了由于试验待观测土样7自身不均匀性，对裂隙发展演化过程造成的不利影响。
40.所述参考颗粒层8铺设在所述待观测土样7的表面；其中，所述参考颗粒层8采用预设颜色的颗粒物铺设而成；通过在待观测土样7的上表面设置参考颗粒层8，实现待观测土样7的裂隙发展演化过程中位移场的直观获取。
41.两个色卡9分别设置在待观测土样7的对角线角落处；其中，所述色卡9包括卡片本体及若干标准颜色卡纸，所述卡片本体设置在待观测土样7的顶部表面，若干标准颜色卡纸依次设置在所述卡片本体上；其中，若干标准颜色卡纸包括黑色卡纸、白色卡纸、红色卡纸、绿色卡纸及蓝色卡纸；通过在待观测土样7上表面对角线角落处设置色卡9，利用色卡9的颜色恒常性，为待观测土样7裂隙发展演化过程中图像颜色的矫正提供参考依据，避免了不同时期观测土样裂隙发展演化过程中的图像颜色存在差异性的问题，提高了试验结果的精
度。
42.本实用新型中，所述土样容器2包括土样模具21及容器底板22；所述土样模具21为上下开口的矩形框体结构，所述土样模具21的下端固定在所述容器底板22上，所述待观测土样7压实设置在所述土样模具21中；所述容器底板22设置为所述升降平台3的上端；优选的，所述土样模具21采用透明的亚克力板制作而成；所述容器底板22为玻璃板。
43.所述压样装置6包括压样面板61及压样底板62；所述压样底板62水平固定在所述压样面板61的下表面；所述压样底板62为矩形板结构，所述压样底板62能够配合设置在所述土样模具21的上端。
44.本实用新型所述的用于土体裂隙发展演化的观测试验装置，将试验箱放置于水平试验台面上，土样容器及升降平台放置于试验箱内；待观测土样压实设置在土样容器中，土样容器的顶部开口；升降平台放置于试验箱底部；扫描仪倒扣于试验箱上方，与待观测土样的上表面相近设置；将扫描仪连接计算机，实现自动采集图像信息，避免了外部环境对试验过程的影响，通过对土体二维平面裂隙演化过程中裂隙信息的获取，实现对土体裂隙发展演化过程的观测；本实用新型试验装置简单，使用方便，精度较高；将所述观测试验装置开展土体在增湿或减湿活动影响下裂隙发展演化过程中的观测试验，有助于加深对土体裂隙变化过程的了解，并为最终建立土体裂隙发展演化规律的研究及机理的揭示提供基础。
45.实施例
46.如附图1-6所示，本实施例提供了一种用于土体裂隙发展演化的观测试验装置，包括试验箱1、土样容器2、升降平台3、扫描仪4、恒温加热板5、压样装置6、待观测土样7、参考颗粒层8、两个色卡9及保温层10。
47.所述试验箱1放置于水平试验台面上，所述土样容器2及升降平台3均放置于试验箱1内；所述扫描仪4倒扣于试验箱1上方，并与待观测土样7上表面相近，以确保能够获得待观测土样7上表面的图像信息。
48.本实施例中，试验箱1为采用顶板和四个侧板合围的无底长方体型箱体结构；其中，所述无底长方体型箱体结构扣合放置于水平试验台面上，所述无底长方体型箱体结构的底端与水平试验台面之间紧密相连；所述顶板的中心开设有观测口，所述土样容器2设置在试验箱1内并正对所述观测口设置；所述无底长方体型箱体结构的外侧粘贴有保温层10，所述顶板上均匀设置有若干排气孔11；优选的，所述排气孔11均匀设置有所述观测口的四周；本实施例中，通过在试验箱1的外侧粘贴保温层10，实现对试验箱1内部黑暗环境的搭建；通过在顶板上设置排气孔11，以利用排气孔11排除试验减湿过程中的水分。
49.本实施例中，所述土样容器2包括土样模具21及容器底板22；所述土样模具21为上下开口的矩形框体结构，所述土样模具21的下端采用粘接剂固定在所述容器底板22上；所述待观测土样7压实固定在所述土样模具21中；通过将土样模具21的顶部开口设置，用于扫描仪4进行扫描待观测土样7，以获取待观测土样7裂隙发生与发展过程的图像信息。
50.本实施例中，升降平台3放置于试验箱1的内部，且放置于土样容器2的下方；所述升降平台3包括底板31、升降板32、第一伸缩杆33、第二伸缩杆34及旋转手柄35；所述底板31与所述升降板32上下平行设置，所述升降板32位于所述底板31的上方；其中，所述底板31的下表面紧贴设置在所述水平试验台面上，所述土样容器2水平设置在所述升降板32的上方。
51.所述第一伸缩杆33与所述第二伸缩杆34均设置在所述底板31与所述升降板32之
间；所述第一伸缩杆33包括第一杆件及第二杆件，所述第二伸缩杆34包括第三杆件及第四杆件；所述第一杆件的下端与所述底板21的第一端铰接相连，所述第一杆件的上端与所述第二杆件的下端铰接相连，所述第二杆件的上端与所述升降板33的第一端铰接相连；其中，所述第一杆件与所述第二杆件的铰接节点作为第一节点。
52.所述底板31的第二端设置有第一水平滑槽，所述第三杆件的下端滑动设置在所述第一水平滑槽内，所述第三杆件的上端与所述第四杆件的下端铰接相连；所述升降板32的第二端设置有第二水平滑槽，所述第四杆件的上端滑动设置在所述第二水平滑槽内；其中，所述第三杆件与所述第四杆件的铰接节点作为第二节点。
53.所述第一杆件的中部与所述第三杆件的中部铰接相连，所述第二杆件的中部与所述第四杆件的中部铰接相连；所述旋转手柄35水平设置在所述第一伸缩杆33与所述第二伸缩杆34之间，所述旋转手柄35的一端与所述第一节点相连，所述旋转手柄35的另一端与所述第二节点相连，用于通过调节第三杆件的下端在所述第一水平滑槽内的水平滑动和所述第四杆件的上端在所述第二水平滑槽内的水平滑动，以实现对升降板31的高度调节；通过调整升降平台3的高度，进而调整土样容器2的高度，使得待观测土样7的上表面贴近于扫描仪4并使之能够获取清晰的图像信息。
54.所述扫描仪4所述扫描仪4设置在试验箱1的上方，并扣合固定在所述观测口的上方；所述扫描仪4采用epson perfection v39扫描仪；所述扫描仪4的内置有cis扫描模块，所述cis扫描模块，用于完成对观测土样7上表面的扫描；其中，扫描仪4通过usb数据连接线与计算机相连，实现图像的自动采集存储。
55.本实施例中，所述恒温加热板5粘贴在无底长方体型箱体结构的内壁上；所述恒温加热板5的供电端通过供电线缆连接至外接电源；所述无底长方体型箱体结构上设置有线缆通孔，所述供电线缆通过所述线缆通孔引出至所述试验箱1的外侧；通过在试验箱1的内部设置恒温加热板5，通过加热试验箱1内部空气温度，实现对土样容器2中待观测土样7的均匀加热，达到减湿的目的；优选的，所述恒温加热板5采用数显控温可调型加热板，以实现对加热温度的精确控制。
56.本实施例中，所述压样装置6包括压样面板61及压样底板62；所述压样底板62水平固定在所述压样面板61的下表面；其中，所述压样面板61与所述压样底板62之间采用粘接剂粘接固定；所述压样底板62为矩形板结构，所述压样底板62能够配合设置在所述土样模具21的上端；所述压样面板61的结构尺寸大于所述压样底板62的结构尺寸，所述压样底板62的长宽大小与所述土样模具21的长宽大小相匹配；通过压样装置6完成土样的制作，保证了待观测土样7的均匀性。
57.本实施例中，所述参考颗粒层8铺设在所述待观测土样7的表面；其中，所述参考颗粒层8采用预设颜色的颗粒物铺设而成；通过在待观测土样7上表面设置参考颗粒层8，实现待观测土样7的裂隙发展演化过程中位移场的直观获取。
58.本实施例中，两个色卡9分别设置在待观测土样7的对角线角落处；所述色卡9包括卡片本体及若干标准颜色卡纸，所述卡片本体设置在待观测土样7的顶部表面，若干标准颜色卡纸依次设置在所述卡片本体上；其中，若干标准颜色卡纸包括黑色卡纸、白色卡纸、红色卡纸、绿色卡纸及蓝色卡纸；通过在待观测土样7上表面对角线角落处设置色卡9，通过色卡9的颜色恒常性，对待观测土样7裂隙发展演化过程中图像颜色的矫正提供参考依据，避
免了不同时期观测土样裂隙发展演化过程中的图像颜色存在差异性的问题，提高了试验结果的精度。
59.使用方法及工作原理：
60.本实用新型所述的土体裂隙发展演化的观测试验装置，使用时，包括以下步骤：
61.步骤1、将顶板与四个侧板按顺序使用粘接剂粘接固定，形成试验箱1；并在试验箱1的外侧粘贴保温层，以在试验箱1的内部形成黑暗封闭的保温空间。
62.步骤2、将土样模具21与容器底板22采用粘接剂粘接固定，形成土样容器2。
63.步骤3、在试验箱1的内部安装恒温加热板5，并将与恒温加热板5的供电端相连的供电线缆引出至试验箱1的外侧。
64.步骤4、利用压样装置6，将待试验土样压实固定在土样容器2中，形成待观测土样7。
65.步骤5、在待观测土样7的表面铺设参考颗粒层8。
66.步骤6、将两个色卡9分别放置在待观测土样7表面的对角线角落处。
67.步骤7、调节升降平台3的高度，使得扫描仪4能够与待观测土样7的上表面相贴近。
68.步骤8、将装有待观测土样7的土样容器放置在升级平台3的上端。
69.步骤9、将扫描仪4安装在顶板上，并将扫描仪4与计算机相连，完成观测土样7裂隙发展演化过程高清图像信息的获取与存储。
70.以下对本实施例中，各个部件的尺寸及型号特征进行说明：
71.本实施例中，试验箱1采用透明pvc板材拼接形成；试验箱1的尺寸特征为：长
×
宽
×
高
×
厚＝450mm
×
330mm
×
100mm
×
5mm；所述顶板上的观测口的尺寸与土样容器2中土样模具21的尺寸相同；其中，观测口的尺寸特征为：长
×
宽
×
高＝304mm
×
220mm
×
5mm；试验箱1中的各透明pvc板材之间采用粘接剂粘接固定。
72.所述土样容器2中，所述土样模具21采用透明的亚克力板制作而成，所述容器底板22为玻璃板，两者之间采用粘接剂粘接固定；其中，土样模具21的尺寸特征为：长
×
宽
×
高＝304mm
×
220mm
×
8mm；所述升降平台3的尺寸特征为：长
×
宽＝200mm
×
200mm；其中，所述升降平台3的高度可自由调节，调节范围为75-285mm；所述扫描仪4的尺寸特征为：长
×
宽
×
高＝364mm
×
249mm
×
39mm，其中，扫描仪4的扫描范围尺寸特征为：长
×
宽＝297mm
×
216mm。
73.所述压样装置6中，压样面板61及压样底板62均为透明亚克力板，两者之间采用粘接剂粘接固定；其中，压样面板61的尺寸特征为：长
×
宽
×
高＝324mm
×
240mm
×
5mm；压样底板62的长宽尺寸与土样容器2的内表面长宽尺寸相同；其中，压样底板62的尺寸特征为：长
×
宽＝294mm
×
210mm
×
5mm；所述色卡9中，色卡本体的尺寸特征为：长
×
宽＝25mm
×
20mm；其中，单个标准颜色卡纸的尺寸特征为：长
×
宽＝20mm
×
5mm。
74.本实用新型中，将待观测土样设置于土样容器中，通过对待观测土样的增湿与减湿活动，使待观测土样产生平面裂隙，实现对土体二维平面裂隙发展演化的模拟；通过与计算机相连接的扫描仪实现对待观测土样裂隙发展演化过程图像的自动连续获取；通过扫描仪对待观测土样进行扫描，有效解决了现有观测手段尺寸受限的问题。
75.本实用新型所述的用于土体裂隙发展演化的观测试验装置，结构简单，使用方便，试验过程中仅需利用扫描仪采集图像信息，减少了人为因素误差影响；土体裂隙演化过程在封闭保温的暗室中进行，避免了外界温度、光线等环境的影响；有效解决了现有室内模拟
土体裂隙发展演化过程中的尺寸小、受外界温度、光线等环境影响大等的问题。
76.上述实施例仅仅是能够实现本实用新型技术方案的实施方式之一，本实用新型所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。