作為一種行之有效的物理模擬試驗(yàn)手段,巖土離心模型試驗(yàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于解決各類(lèi)巖土工程相關(guān)的工程技術(shù)問(wèn)題,如堤壩和邊坡、淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)、擋土結(jié)構(gòu)、動(dòng)力工程、地基處理等方面。在土工離心模型試驗(yàn)中,變形測(cè)量占有重要的地位,最為常用。目前傳統(tǒng)的變形測(cè)量技術(shù)主要有差動(dòng)變壓器式位移傳感器(LVDT)和激光位移傳感器兩種。LVDT具有機(jī)械壽命長(zhǎng)、分辨率高、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn),但應(yīng)用LVDT進(jìn)行變形測(cè)量時(shí),需要嚴(yán)格控制其與模型表面的接觸,對(duì)模型的物理性能有一定的影響,安裝起來(lái)受模型箱空間限制只能測(cè)量幾個(gè)點(diǎn),且傳感器的量程有限,測(cè)量范圍較小。激光位移傳感器具有非接觸、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn),但對(duì)量程有嚴(yán)格要求,目前大部分激光位移傳感器僅能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)特定方向的位移,能夠測(cè)量一條線(xiàn)上多個(gè)點(diǎn)的激光位移傳感器則價(jià)格昂貴。攝影測(cè)量是基于圖像分析處理的一項(xiàng)技術(shù),相比于傳統(tǒng)的位移測(cè)量手段,它具有非接觸、直觀、量程大、測(cè)量范圍廣、布設(shè)方便等諸多優(yōu)點(diǎn),目前在土工離心模型試驗(yàn)中已經(jīng)得到了一些應(yīng)用,但僅限于對(duì)模型側(cè)面內(nèi)部變形的測(cè)量。本文開(kāi)發(fā)了一套新的三維攝影測(cè)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(yàn)中,測(cè)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(kāi)發(fā)的三維攝影測(cè)量技術(shù)可以測(cè)量軟土地基上堤壩離心模型三維表面的變形,量程大,測(cè)量范圍廣,監(jiān)測(cè)結(jié)果可以為工程實(shí)踐提供依據(jù),保障工程安全。本文開(kāi)發(fā)的三維攝影測(cè)量技術(shù)的基本原理是透鏡成像原理,測(cè)量流程是通過(guò)兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)拍攝到的模型圖像標(biāo)定出攝像機(jī)的參數(shù),并且對(duì)圖像中模型各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的空間位置進(jìn)行計(jì)算,從而測(cè)量得到試驗(yàn)過(guò)程中土工離心模型的變形。本文研究離心模型試驗(yàn)的對(duì)象是我國(guó)西南某軟土地基上的土石壩,對(duì)照激光位移傳感器,應(yīng)用三維攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)軟土地基上土石壩離心模型的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,三維攝影測(cè)量技術(shù)具有較高的精確度,適用于土工離心模型試驗(yàn)中的變形監(jiān)測(cè)。軟土地基上土石壩離心模型試驗(yàn)的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,在試驗(yàn)過(guò)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(shí),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(guò)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(shuō)明土石壩模型在豎直和水平兩個(gè)方向上的不均勻變形導(dǎo)致壩體最終開(kāi)裂破壞。為了研究離心加速度對(duì)軟土地基上土石壩離心模型滑動(dòng)穩(wěn)定性的影響,本文借助仿真分析軟件GeoStudio對(duì)軟土地基上的土石壩離心模型進(jìn)行了建模并分析了其在不同離心加速度值下的滑動(dòng)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(dòng)穩(wěn)定性逐漸減小。軟土地基上土石壩離心模型的滑動(dòng)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(shuō)明軟土地基上土石壩離心模型的滑動(dòng)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(duì)進(jìn)一步研究提出了展望,以期對(duì)今后的研究有所幫助。
【學(xué)位單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TV223;TV64
【部分圖文】：

大砂袋對(duì)軟土地基的變形適應(yīng)性強(qiáng)，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(duì)海堤Ｉ：程幵展ｆ離心模型??試驗(yàn)，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(duì)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(jī)加載過(guò)程中有向上隆起的趨勢(shì)，引起這？現(xiàn)象的原因是堤身卜Ｉ：休在試驗(yàn)屮逐漸??向兩側(cè)坡腳處滑動(dòng)。??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(shí)間／?ｄ??圖ｉ．ｉ軟土地基上海堤離心模型在試驗(yàn)過(guò)程中的沉降??在對(duì)軟土地基上海堤離心模型的變形過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(shí)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(yàn)中。??差動(dòng)變壓器式位移傳感器是線(xiàn)性可變差動(dòng)變壓器（英文簡(jiǎn)稱(chēng)：ＬＶＤＴ）的一種，屬??于接觸式傳感器。工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)是鐵芯可動(dòng)變壓器，其工作原理圖如圖１．３所示。??ＬＶＤＴ通過(guò)線(xiàn)圈互感作用將位移轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量，它的優(yōu)點(diǎn)包括堅(jiān)??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(jī)械接觸式的測(cè)量方法，在物理模型試驗(yàn)中，ＬＶＤＴ與物理模型直接接觸，必??然會(huì)對(duì)模型的物理性能產(chǎn)生一定的影響，安裝起來(lái)受模型箱空間限制只能測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)，??且傳感器的量程有限，測(cè)量范圍較�。常保�。在土工離心模型試驗(yàn)中，由于高重力場(chǎng)的影??響，使得ＬＶＤＴ不能及時(shí)跟蹤被測(cè)土體的沉降，其在高重力場(chǎng)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(cè)量土工離心模型位移的傳感器，它利用激光技??術(shù)進(jìn)行測(cè)量。組成激光位移傳感器的部件包括激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路１３Ｗ３］。??激光位移測(cè)量的基本原理是光學(xué)三角法

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)位論文??收集到信號(hào)的光點(diǎn)位置，從而計(jì)算出所測(cè)距離［３３］，如圖１．４所示。激光位移傳感器在??試驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，而且它還具有速度快、精度高、抗??光和電干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。不足的是，激光位移傳感器對(duì)量程有嚴(yán)格要求，目前大部??分激光位移傳感器僅能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)特定方向的位移，能夠測(cè)量一條線(xiàn)上多個(gè)點(diǎn)??的激光位移傳感器則價(jià)格昂貴。??〇??－線(xiàn)件ＣＣＤ？列??＾?「％＾ｒ—＊?汁??、：Ａ?Ｕ?鋮測(cè)物被麵體ｂ、??號(hào)處ａ器??Ｉ?咬??半導(dǎo)離？狀？??圖１．４光學(xué)三角法示意圖??１．３．２攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展??土工離心機(jī)隨著近年來(lái)土力學(xué)基本理論的發(fā)展及巖土工程設(shè)計(jì)水平的提高，被提??出了新的設(shè)計(jì)要求［３４］。傳統(tǒng)的位移測(cè)量手段無(wú)法滿(mǎn)足土工離心模型試驗(yàn)的測(cè)量需求，??發(fā)展新的測(cè)量手段便成為土工離心模型試驗(yàn)中亟需解決的問(wèn)題，這種情況下，許多土??工離心機(jī)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(yàn)的非接觸位移測(cè)量手段。??Ｗｈｉｔｅ?Ｄ?Ｊ總結(jié)了巖土工程領(lǐng)域１９４８年至２００８年間進(jìn)行的物理模型試驗(yàn)
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