作為一種行之有效的物理模擬試驗手段,巖土離心模型試驗已經(jīng)廣泛應(yīng)用于解決各類巖土工程相關(guān)的工程技術(shù)問題,如堤壩和邊坡、淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)、擋土結(jié)構(gòu)、動力工程、地基處理等方面。在土工離心模型試驗中,變形測量占有重要的地位,最為常用。目前傳統(tǒng)的變形測量技術(shù)主要有差動變壓器式位移傳感器(LVDT)和激光位移傳感器兩種。LVDT具有機械壽命長、分辨率高、堅固耐用等優(yōu)點,但應(yīng)用LVDT進行變形測量時,需要嚴格控制其與模型表面的接觸,對模型的物理性能有一定的影響,安裝起來受模型箱空間限制只能測量幾個點,且傳感器的量程有限,測量范圍較小。激光位移傳感器具有非接觸、測量精度高等優(yōu)點,但對量程有嚴格要求,目前大部分激光位移傳感器僅能測量一個點在一個特定方向的位移,能夠測量一條線上多個點的激光位移傳感器則價格昂貴。攝影測量是基于圖像分析處理的一項技術(shù),相比于傳統(tǒng)的位移測量手段,它具有非接觸、直觀、量程大、測量范圍廣、布設(shè)方便等諸多優(yōu)點,目前在土工離心模型試驗中已經(jīng)得到了一些應(yīng)用,但僅限于對模型側(cè)面內(nèi)部變形的測量。本文開發(fā)了一套新的三維攝影測量技術(shù)并將其應(yīng)用于軟土地基上堤壩的離心模型試驗中,測量模型表面的變形。軟土地基具有高含水量、高壓縮性、天然孔隙大等特征,因此軟土地基上的堤壩易發(fā)生較大的變形,甚至發(fā)生破壞。應(yīng)用本文開發(fā)的三維攝影測量技術(shù)可以測量軟土地基上堤壩離心模型三維表面的變形,量程大,測量范圍廣,監(jiān)測結(jié)果可以為工程實踐提供依據(jù),保障工程安全。本文開發(fā)的三維攝影測量技術(shù)的基本原理是透鏡成像原理,測量流程是通過兩臺攝像機同時拍攝到的模型圖像標定出攝像機的參數(shù),并且對圖像中模型各個測量點的空間位置進行計算,從而測量得到試驗過程中土工離心模型的變形。本文研究離心模型試驗的對象是我國西南某軟土地基上的土石壩,對照激光位移傳感器,應(yīng)用三維攝影測量技術(shù)對軟土地基上土石壩離心模型的變形監(jiān)測結(jié)果表明,三維攝影測量技術(shù)具有較高的精確度,適用于土工離心模型試驗中的變形監(jiān)測。軟土地基上土石壩離心模型試驗的變形監(jiān)測結(jié)果表明,在試驗過程中,隨著離心加速度的增大,土石壩模型的壩體逐漸下沉,且壩頂沉降最明顯。壩坡沉降量沿著壩坡向下逐漸減小,在與壩基相交的壩底處,沉降量變得很小,局部出現(xiàn)向上隆起的現(xiàn)象。同時,土石壩模型發(fā)生了橫向變形,隨著離心加速度的增大而增大,且壩底沿水平方向上的位移最大,位移量沿著壩坡向上減小。在離心加速度加載過程中,軟土地基上土石壩的離心模型上出現(xiàn)了橫向裂縫,說明土石壩模型在豎直和水平兩個方向上的不均勻變形導致壩體最終開裂破壞。為了研究離心加速度對軟土地基上土石壩離心模型滑動穩(wěn)定性的影響,本文借助仿真分析軟件GeoStudio對軟土地基上的土石壩離心模型進行了建模并分析了其在不同離心加速度值下的滑動穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明,隨著離心加速度的增高,軟土地基上土石壩離心模型的滑動穩(wěn)定性逐漸減小。軟土地基上土石壩離心模型的滑動破壞面呈圓弧狀,且深入到軟土基礎(chǔ)中,失穩(wěn)破壞模型為深層破壞,說明軟土地基上土石壩離心模型的滑動穩(wěn)定性為軟土地基的承載能力所控制。最后,本文在總結(jié)研究成果的基礎(chǔ)上,對進一步研究提出了展望,以期對今后的研究有所幫助。
【學位單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TV223;TV64
【部分圖文】：

大砂袋對軟土地基的變形適應(yīng)性強，具有較好的整休穩(wěn)定性。??朱斌等人為研究軟土地基上海堤的沉降和穩(wěn)定性，針對海堤Ｉ：程幵展ｆ離心模型??試驗，應(yīng)用ＰＩＶ技術(shù)觀察了海堤的破壞模式，如圖１．１所示｜２７１。研宄結(jié)果表明，海堤??．離心模型的坡頂正中沉降量隨著離心加速度的增加而不斷變大，該沉降ｋ要由海堤模??型堤身的變形、軟土地基的回彈再壓縮變形、海堤模型超載引起的軟上地基變形３部??分組成。相對于坡頂沉降，海堤模型的坡底在豎直方向丨？．的位移偵較小，且Ｉ：體在離??心機加載過程中有向上隆起的趨勢，引起這？現(xiàn)象的原因是堤身卜Ｉ：休在試驗屮逐漸??向兩側(cè)坡腳處滑動。??４?－??３?Ｌ２?（坡頂正中）??ｃ?，?／?－－－?Ｌ１?（迎坡面坡腳下５?ｍ處）??２?＇?Ｉ?—?一?Ｌ３?（背坡面坡腳下５?ｍ處）??Ｓ?／??＾?１?＊?／?海堤出現(xiàn)局部滑移??０?：乂?Ｌ．?：＿：二二?ｎ?－一－１?二二二：二二－??．?｜?Ｉ?Ｉ?｜??—Ｊ??０?１０?２０?３０?４０??時間／?ｄ??圖ｉ．ｉ軟土地基上海堤離心模型在試驗過程中的沉降??在對軟土地基上海堤離心模型的變形過程進行監(jiān)測的基礎(chǔ)上，ｈ述研究還借助??ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ軟件屮的ＳＬＯＰＥ／Ｗ模塊分析廣海堤模型整體穩(wěn)定性隨時間的變化，如圖??１．２所示。研究結(jié)果表明，海堤模型的整休穩(wěn)定安全系數(shù)隨著離心加速度的升高逐漸降??５??

泛地應(yīng)用于土工離心模型試驗中。??差動變壓器式位移傳感器是線性可變差動變壓器（英文簡稱：ＬＶＤＴ）的一種，屬??于接觸式傳感器。工作原理簡單地說是鐵芯可動變壓器，其工作原理圖如圖１．３所示。??ＬＶＤＴ通過線圈互感作用將位移轉(zhuǎn)化為電壓信號，從而實現(xiàn)位移測量，它的優(yōu)點包括堅??固耐用、穩(wěn)定性高、分辨率高、精度高等，且不易受到環(huán)境的影響［２Ｗ（）］。但是由于??ＬＶＤＴ是機械接觸式的測量方法，在物理模型試驗中，ＬＶＤＴ與物理模型直接接觸，必??然會對模型的物理性能產(chǎn)生一定的影響，安裝起來受模型箱空間限制只能測量幾個點，??且傳感器的量程有限，測量范圍較�。常保�。在土工離心模型試驗中，由于高重力場的影??響，使得ＬＶＤＴ不能及時跟蹤被測土體的沉降，其在高重力場中的抗干擾能力較差。??蟾出亀ａ??Ｕ）??Ｚ???＾?Ｉ??￣；?＼?ｂｏ?１００?１５０??纖?＜?Ｉｆ妗??１?ａｎ?ａｆｌ?????？??ｆｅｓｔａｅａ?ｐｓｔａｅ？??ｃｆｅＳ§３?隹??－１００Ｎ?ｅ?Ｏｔｔ爾的．１００＾＊２??ｎｚａｓ??圖１．３?ＬＶＤＴ工作原理圖??激光位移傳感器是另一種常用于測量土工離心模型位移的傳感器，它利用激光技??術(shù)進行測量。組成激光位移傳感器的部件包括激光器、激光檢測器和測量電路１３Ｗ３］。??激光位移測量的基本原理是光學三角法

中國水利水電科學研究院學位論文??收集到信號的光點位置，從而計算出所測距離［３３］，如圖１．４所示。激光位移傳感器在??試驗中進行測量時，可以實現(xiàn)無接觸遠距離測量，而且它還具有速度快、精度高、抗??光和電干擾能力強等優(yōu)點。不足的是，激光位移傳感器對量程有嚴格要求，目前大部??分激光位移傳感器僅能測量一個點在一個特定方向的位移，能夠測量一條線上多個點??的激光位移傳感器則價格昂貴。??〇??－線件ＣＣＤ？列??＾?「％＾ｒ—＊?汁??、：Ａ?Ｕ?鋮測物被麵體ｂ、??號處ａ器??Ｉ?咬??半導離？狀？??圖１．４光學三角法示意圖??１．３．２攝影測量技術(shù)的發(fā)展??土工離心機隨著近年來土力學基本理論的發(fā)展及巖土工程設(shè)計水平的提高，被提??出了新的設(shè)計要求［３４］。傳統(tǒng)的位移測量手段無法滿足土工離心模型試驗的測量需求，??發(fā)展新的測量手段便成為土工離心模型試驗中亟需解決的問題，這種情況下，許多土??工離心機技術(shù)研宄人員提出研制攝影系統(tǒng)的要求，發(fā)展新的可應(yīng)用于土工離心模型試??驗的非接觸位移測量手段。??Ｗｈｉｔｅ?Ｄ?Ｊ總結(jié)了巖土工程領(lǐng)域１９４８年至２００８年間進行的物理模型試驗
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本文編號：2841074