三轴试样全息变形实时测量系统的搭建、验证与应用

针对三轴试样体积与变形精确测量的难题,文章基于传统三轴仪搭建了一个全息变形(包括:试样顶面、底面和360o侧面)测量系统,通过6台固定相机实时拍摄试样不同角度的照片,融合摄影测量、前方交汇以及光线追踪技术实现试样在持续加载过程中全息变形的实时测量。为验证该系统软、硬件的可行性与精度,文章基于所搭建系统开展了一个标准钢柱和多个土样在不同围压下的三轴试验。钢柱试验结果表明该系统用于三轴试样表面点阵和体积测量时的点阵与总体体积测量误差分别为0.086mm,0.151%;土样三轴试验表明该系统能够实现试样不同分辨率全息变形的精细测量;基于全息变形测量结果可进一步分析获取试样在连续加载条件下的总体体积、三维模型以及位移场与应变场。文章所搭建的系统通过固定位置相机简化了摄影测量分析过程,减小了系统测量误差;配套开发的GeoTri3D软件通过融合前方交汇技术显著提高了测量与测量结果后处理的效率。全息变形的精细测量能力为土体以及其他工程材料的强度与变形特性深入研究提供了有力支撑。

三轴试样绝对体积测量方法研究

三轴试验过程中的土样体积是用于分析土体应力应变特性所需的一个基本参数。近年来,基于图像分析的方法越来越广泛地应用于土样在三轴试验过程中的体积测量。然而,基于图像分析方法测量所得结果仅仅是试样的相对体积变化,并非试样绝对体积。为了测量三轴试验过程中试样的绝对体积,综合运用摄影测量原理、光线追踪、和最小二乘优化技术,测定了覆盖试样表面点云的三维位置;通过对点云进行三角网格划分、端部截断、插值、并扣除橡皮膜体积计算得到土样在三轴试验过程中的绝对体积;同时,还针对性地开发出了用于实现上述分析步骤以及相关测量结果后处理的配套软件,GeoTri3D。为验证该绝对体积测量方法的可行性,开展了一个标准钢柱试验、一个饱和砂土和三个非饱和粉土试样的三轴试验。钢柱与饱和砂土的三轴试验结果表明该方法能够成功实现三轴试样在试验过程中任意时刻的绝对体积测量;此外,通过对粉土试样表面三维点云的进一步分析所得的土样应变云图能够真实再现三轴试验过程中的土样全局变形过程。