基于摄影测量技术的三轴土样体积变化

以新型摄影测量技术为基础,借助最小二乘法和折射修正系数,修正了土样标记点坐标的计算结果,计算出土样变形的三维坐标,然后在MATLAB软件中使用边界函数法,计算出土样各部分体积的变化数据.根据该原理,对广西桂林饱和红黏土试样开展了不同围压下的三轴不固结不排水(UU)试验.试验结果表明:采用摄影测量法,完成了土样不同变形阶段下的“真实变形测量”,得到的土样偏应力比常规测量法得到的土样偏应力小了5.7%;利用新型摄影测量技术,获取了土样不均匀变形下的整体与局部体积变化数据,同时兼顾了测量与土样三维模型的还原,实现非接触式体积变化数据的测量.

用于获取三轴土样局部水力特性的孔压量测新方法

土体孔隙水压力的量测对于研究其水力特性至关重要。土体的散粒体结构特性使其内部细颗粒极易在水流作用下发生迁移而改变孔压分布,进而影响土体内部的局部结构和水力特性。为捕捉颗粒迁移导致的土体结构局部化响应,提出一种适用于三轴土样可量测局部孔压的新方法。新方法能满足带导管式乳胶膜受应力作用时的密封需求,由此可沿土样轴向和径向布设孔压传感器量测不同位置的孔压,进而研究土体局部水力特性。渗蚀试验结果表明,新方法在应用时具有较好的响应效果,土体局部渗透系数的时空演变揭示了细颗粒迁移具有显著的局部性和不均匀性。

基于图像技术的三轴土样径向变形测量

在常规三轴试验中,由于端部约束的影响难以实现对三轴土样变形的准确测量。将图像测量技术运用于土样的不固结不排水三轴试验中,能够有效地克服常规三轴试验的不足,实现非接触式的三轴土样变形测量。通过已知尺寸的圆柱体在压力室内和压力室外的测量,对有机玻璃压力室和压力室内水介质引起的折射问题引入了折射系数进行修正。结果表明:①通过图像测量方法能够有效克服端部约束对土样变形的影响;②折射效应对土样的径向变形的影响比较大,对轴向变形的影响非常小,且折射修正系数为1.205,对折射效应引起的测量误差可以有效地消除或减小,其绝对测量误差为±0.17 mm。图像测量得到三轴土样的偏应力要小于常规测量值,常规测量方法得到的土体强度偏大。

考虑折射影响的摄影测量法土工三轴模型精度分析

将摄影测量法用于土工三轴试验,可获得土样形变场,但光线穿越压力室及水所产生的折射影响试验的精度。如何消除折射的影响,提高三轴土样变形测量的精度是该研究的核心。以附有标记点的硬质圆柱为研究模型,通过摄影测量的三轴模拟试验,建立折射修正模型对折射误差进行校正,获取三轴模型分别在空气中、注水压力室以及折射修正后三种情况下的轴向值与径向值,并以空气中三轴模型的游标卡尺测量值为“基准值”,分别将注水压力室和折射修正后所获取的模型尺寸测量值与“基准值”进行对比,分析折射对三轴模型的成像影响。结果表明:摄影测量法在空气中具有较高的测量精度,通过折射修正模型可以有效减少折射误差,经折射修正后径向平均误差为0.63%,轴向平均误差为0.23%,这与折射修正前的径向平均误差和轴向平均误差相比分别减少26.29%和3.09%;折射对三轴模型轴向与径向的影响不一致,轴向受折射影响不如径向显著,且三轴模型各方向受到的折射影响各不相同。