CN109490111B - 基于piv技术的二维桩土相互作用试验系统及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统及试验方法，包括可控制振动力幅值和振动频率的二维振动生成结构，其布设在平面上，还包括运用PIV技术的数据采集处理模块，其通过数据线与二维振动生成结构实现通信连接；本发明能够直接或间接改变振动频率、力幅值、桩基刚度、桩基埋深、土体饱和度和均匀性，并研究上述因素对于土体运动的影响；同时，还能够采取非接触式手段量测土体颗粒运动过程，不破坏原状土。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统及试验方法，属于海上风机桩基结构动力特性室内模型试验设备技术领域。
背景技术
风能蕴量巨大、分布广泛、可再生、污染较小，发展前景广阔。我国的风能总储量约32.26亿kW，其中可开发的风能约10亿kW。从风能来源的角度，可将风能分为陆上风能和海上风能。其中，海上风能相对于陆上风能资源储量大，不占用耕地，噪音污染小。近年来，在推广可持续发展的背景下，我国海上风电项目随着我国外海工程施工能力大幅提升正在稳步推进中。
尽管上海东海大桥海上风电、江苏如东潮间带试验风电等多个项目业已投入生产，但是海上风机所特有的自身振动和复杂海况下的桩土共同作用机理研究却仍在起步阶段。研究表明，当海上风机下部泥面由于桩土作用而被掏空、下降时，振动频率改变可能产生的共振会影响结构的承载力和耐久性，甚至带来毁灭性后果，因此相关研究对于工程设计也具有指导意义。
振动下桩基础与桩周土产生的桩土作用三维性明显，而且影响因素众多，比较复杂。此外，目前对于此类试验观测只能在振动结束后移开桩基，并剖开土层进行，一方面这易对原状土产生扰动，影响试验结果，另一方面，这种方法仅仅能够观测桩基振动前、后土体的两种状态，无法研究振动过程中土体颗粒的运动情况。
因此有必要开发一个针对此课题的试验系统及其操作方法，能够简化桩基础与其周围土互相作用研究难度，并且观测时不能对于土体产生扰动。此外，为深入分析、掌握土体运动机理，还应能够捕捉土体颗粒在桩基运动下的整个运动过程。
针对上述桩土作用三维性明显的问题，根据Zorzi G等人发表的研究成果(ZorziG,Baeβler M,Gabrieli F.Influence of Structural Stiffness on RatchetingConvection Cells of Granular Soil under Cyclic Lateral Loading[J].ProcediaEngineering,2017,175:148-156.)，从土体运动结果来说，将三维桩基础二维化化为长方板之后进行振动试验，二者振动后土体颗粒终态分布具有相似性，推测二者影响因素和运动过程亦均有一定相似性。将桩基二维化后，三维问题将转化为平面问题，一定程度上降低了三维桩土作用研究难度。另外，还可通过二维试验确定对于实际三维桩土作用影响较大的变量，甚至可通过其量化的结果推测实际三维桩土作用的土体颗粒运动速度等物理量的公式结构，为三维桩基桩土作用量化打下基础。
此外，针对三维桩土作用测量困难的问题，若将桩基二维化，则桩土作用体现将在一个平面上，可利用非接触式的量测手段——PIV技术对其进行量测。
PIV(Particle Image Velocimetry，粒子图像测速)技术的原理是通过不同示踪粒子反射产生的光强信号，通过互相关运算追踪粒子，通过两张不同时刻拍摄的照片中粒子的位移确定粒子的运动速度。该方法不破坏原状土，并可追踪桩周土颗粒在整个运动过程中特性，绘制出速度矢量图等直观的信息以供后续研究使用。
发明内容
本发明提供一种基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统及试验方法，能够直接或间接改变振动频率、力幅值、桩基刚度、桩基埋深、土体饱和度和均匀性，并研究上述因素对于土体运动的影响；同时，还能够采取非接触式手段量测土体颗粒运动过程，不破坏原状土。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统，包括可控制振动力幅值和振动频率的二维振动生成结构，其布设在平面上，还包括运用PIV技术的数据采集处理模块，其通过数据线与二维振动生成结构实现通信连接；
作为本发明的进一步优选，前述的二维振动生成结构包括振动桩基模拟装置，还包括用于盛放振动桩基模拟装置和试验用土的箱体；数据采集处理模块置于箱体外部，且箱体相对数据采集处理模块的一侧为玻璃板，箱体的顶部为开口状；
振动桩基模拟装置包括循环荷载生成装置以及用于模拟桩基的长方板，前述的循环荷载生成装置置于箱体上方，包括水平金属平台，其表面安装由一个主动齿轮和两个从动齿轮构成的施力齿轮副，两个从动齿轮相互啮合，主动齿轮与其中一个从动齿轮啮合；在水平金属平台下方安装电机，电机的电机轴穿过水平金属平台与主动齿轮的转轴连接固定，在电机轴的外围套设金属套，金属套与水平金属平台刚性连接固定；两个从动齿轮中心位置套设在轴杆上，轴杆外围套设轴套，轴套固定在水平金属平台表面；长方板垂直安装在箱体内，长方板的其中一个短侧边与水平金属平台底面垂直固定连接，另一个短侧边靠近箱体底部，且与箱体底部留有距离；长方板相对数据采集处理模块的长侧边与玻璃板相接触，长方板的另一个长侧边通过一对上下放置的弹簧连接在箱体与玻璃板相对的后壁板上，且另一个长侧边与后壁板之间留有距离来放置上述弹簧；
作为本发明的进一步优选，前述的数据采集处理模块包括一台观测桩土作用的摄像机，一个提供稳定持续光照的照明设备以及一台用以处理数据的计算机；照明设备布设在正对玻璃板的位置处，摄像机位于照明设备和玻璃板之间；摄像机的数据端与计算机相连通；
作为本发明的进一步优选，前述的箱体包括与后壁板两侧分别垂直固定的侧壁板，在两个侧壁板之间安装两个侧向加劲板，侧向加劲板均与箱体的后壁板垂直布设，且长方板位于两个侧向加劲板之间；
两个侧壁板、两个侧向加劲板与玻璃板接触的侧边焊接垂直的角钢，通过角钢与玻璃板固定；
两个侧向加劲板之间形成的空间内用于填料；
长方板的其中一个短侧边通过自攻螺丝垂直固定连接在水平金属平台底面，长方板另一个靠近箱体底部的短侧边上布设两个双牙螺丝，双牙螺丝的自攻端插入长方板内，其另一端插入箱体底板上开设的竖直孔洞内；在每个双牙螺丝上均匹配一对螺母，长方板的底部位于一对螺母之间，螺母靠近长方板底部的一侧均套设金属垫圈和橡胶垫圈；
长方板与箱体后壁板相邻的一侧上安装一对自攻螺丝，每个自攻螺丝端头套设弹簧的一端，相同的自攻螺丝的锥端顺次套设金属垫圈和橡胶垫圈后穿过箱体后壁板与弹簧的另一端连接；
在长方板相对箱体底面的底端安装两条金属方管；
作为本发明的进一步优选，在侧壁板上开设通孔，其内分别安装水阀；
在侧向加劲板靠近底部位置处均匀开设多个孔洞，每个孔洞上覆设一层滤网；
在角钢上均匀开设多个顺次排列的孔洞，通过在孔洞内插入螺栓与玻璃板紧固；
作为本发明的进一步优选，在每个从动齿轮上以圆心作为对称点，开设三组垂直通孔，三组垂直通孔的直径分别为12mm，18m和20mm，丝杠及与其配套的至少一个螺母构成配重结构，在垂直通孔内更换对应尺寸的配重结构控制循环荷载生成装置产生的力的幅值；每个垂直通孔的中心与圆心连线夹角为60度；
作为本发明的进一步优选，前述的电机外接稳压直流电源，通过其输出的电压来控制振动桩基模拟装置的振动频率；
在玻璃板上与长方板相对数据采集处理模块的长侧边与玻璃板相接触对应的位置处贴设刻度尺；
一种基于PIV技术的二维桩土互相作用特性试验系统的试验方法，包括以下步骤：
第一步，根据试验要求计算出所需振动力幅值大小，并在循环荷载生成装置的从动齿轮上放置特定直径的丝杆及选择配套螺母的个数；
第二步，将振动桩基模拟装置放入箱体内，并进行密水封土措施；将一对上下布置的自攻螺丝自后依次穿过金属垫圈、橡胶垫圈、箱体后壁板与长方板后侧的弹簧另一端相接触；通过收放长方板底部设置的两个双牙螺丝配套的螺母调整并固定长方板的底部位置，使长方板相对数据采集处理模块的长侧边紧贴前部玻璃板，螺母靠近长方板底部侧均设置金属垫圈和橡胶垫圈；将密封胶涂抹在箱体的其余非焊接部分；
第三步，向箱体内填土，每铺约1cm厚土即采取碾压密实以保证填土的均匀性，最后将表面土整平；
第四步，关闭水阀阀门，向侧壁板和侧向加劲板之间的空隙内缓慢加水，水通过侧向加劲板底板的带滤网的孔洞进入厚土，使土体逐渐饱和；
第五步，根据试验要求确定振动频率，并通过率定得到的频率—电压关系计算出所需电压大小，调整稳压直流电源的输出电压；
第六步，通过计算机调整摄像机焦距并调整照明设备角度及大小；
第七步，在计算机显示的视频录制界面上点击开始，从而开始视频采集；
第八步，将稳压直流电源连接振动装置的电机并打开稳压直流电源开关；
第九步，根据试验要求进行相应时间的试验，结束时关闭稳压直流电源开关；
第十步，结束视频记录，将视频文件保存在计算机内；
第十一步，打开侧壁板两侧的阀门，将水排尽；
第十二步，倒出箱体中的土，之后取下振动桩基模拟装置，拆下从动齿轮上丝杆及匹配的螺母；
第十二步，通过MATLAB程序，将视频每隔特定秒数提取一帧，并保存为PNG文件；
第十三步，利用基于MATLAB的开源程序——PIVlab进行图像的处理；
当进行干土试验时，可省略第四步和第十一步。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明能够直接或间接改变振动频率、力幅值、桩基刚度、桩基埋深、土体饱和度和均匀性，并研究上述因素对于土体运动的影响；此外，还能够采取非接触式手段量测土体颗粒运动过程，不破坏原状土。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的整体结构示意图；
图2是本发明的优选实施例的结构正视图；
图3是本发明的优选实施例的结构俯视图；
图4是本发明的优选实施例的结构右视图；
图5是本发明的优选实施例的图2的A-A剖面图；
图6是本发明的优选实施例的循环荷载生成装置细部图；
图7是本发明的优选实施例的主动齿轮和两个从动齿轮构成的施力齿轮副的原理图；
图8是本发明的优选实施例的模块工作流程连接图。
图中：1是水平金属平台，2是电机，3是主动齿轮，4是从动齿轮，5是稳压直流电源，6是金属套，7是滚珠轴承，8是轴杆，9是轴套，10是长方板，11是双牙螺丝，12是金属垫圈，13是橡胶垫圈，14是弹簧，15是玻璃板，16是金属方管，17是水阀，18是滤网，19是底板，20是侧壁板，21是侧向加劲板，22是后壁板，23是角钢，24是摄像机，25是照明设备，26是计算机，27是丝杆，28是配重螺母，29是刻度尺。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图8所示，本发明包括以下特征部件：1是水平金属平台，2是电机，3是主动齿轮，4是从动齿轮，5是稳压直流电源，6是金属套，7是滚珠轴承，8是轴杆，9是轴套，10是长方板，11是双牙螺丝，12是金属垫圈，13是橡胶垫圈，14是弹簧，15是玻璃板，16是金属方管，17是水阀，18是滤网，19是底板，20是侧壁板，21是侧向加劲板，22是后壁板，23是角钢，24是摄像机，25是照明设备，26是计算机，27是丝杆，28是配重螺母，29是刻度尺。
图1所示，本发明的一种基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统，包括可控制振动力幅值和振动频率的二维振动生成结构，其布设在平面上，还包括运用PIV技术的数据采集处理模块，其通过数据线与二维振动生成结构实现通信连接；
作为本发明的进一步优选，前述的二维振动生成结构包括振动桩基模拟装置，还包括用于盛放振动桩基模拟装置和试验用土的箱体；数据采集处理模块置于箱体外部，且箱体相对数据采集处理模块的一侧为玻璃板，箱体的顶部为开口状；
图2-图3所示，振动桩基模拟装置包括循环荷载生成装置以及用于模拟桩基的长方板，前述的循环荷载生成装置置于箱体上方，包括水平金属平台，其表面安装由一个主动齿轮和两个从动齿轮构成的施力齿轮副，两个从动齿轮相互啮合，主动齿轮与其中一个从动齿轮啮合；在水平金属平台下方安装电机，电机的电机轴穿过水平金属平台与主动齿轮的转轴连接固定，在电机轴的外围套设金属套，金属套与水平金属平台刚性连接固定,电机在金属套内可竖直移动，在金属套圆周外侧开设一个带螺纹的通孔，通过收放一个可旋入其中的平端自攻螺丝改变平端与电机摩擦，实现电机竖向位置的调整；两个从动齿轮中心位置套设在轴杆上，轴杆外围套设轴套，轴套固定在水平金属平台表面，在两个从动齿轮中心分别刚性连接滚珠轴承，通过在滚珠轴承中心穿入相同轴杆使得两个从动齿轮能够各自绕轴杆自由旋转；长方板垂直安装在箱体内，长方板的其中一个短侧边与水平金属平台底面垂直固定连接，另一个短侧边靠近箱体底部，且与箱体底部留有距离；长方板相对数据采集处理模块的长侧边与玻璃板相接触，长方板的另一个长侧边通过一对上下放置的弹簧连接在在箱体与玻璃板相对的后壁板上，且另一个长侧边与后壁板之间留有距离来放置上述弹簧；
作为本发明的进一步优选，前述的数据采集处理模块包括一台观测桩土作用的摄像机，一个提供稳定持续光照的照明设备以及一台用以处理数据的计算机；照明设备布设在正对玻璃板的位置处，给所研究的土体提供持续、稳定的光照，摄像机位于照明设备和玻璃板之间，试验时镜头对准所研究的土体，实现土体颗粒运动的数据采集；摄像机的数据端与计算机相连通，并能够通过基于MATLAB的开源程序—PIVlab对于土体颗粒运动数据进行处理；
作为本发明的进一步优选，前述的箱体包括与后壁板两侧分别垂直固定的侧壁板，在两个侧壁板之间安装两个侧向加劲板，侧向加劲板均与箱体的后壁板垂直布设，且长方板位于两个侧向加劲板之间；
两个侧壁板、两个侧向加劲板与玻璃板接触的侧边焊接垂直的角钢，通过角钢与玻璃板固定；
两个侧向加劲板之间形成的空间内用于填料；
图4所示，长方板的其中一个短侧边通过自攻螺丝垂直固定连接在水平金属平台底面，长方板另一个靠近箱体底部的短侧边上布设两个双牙螺丝，双牙螺丝的自攻端插入长方板内，其另一端插入箱体底板上开设的竖直孔洞内；在每个双牙螺丝上均匹配一对螺母，长方板的底部位于一对螺母之间，螺母靠近长方板底部的一侧均套设金属垫圈和橡胶垫圈，防止水和细粒土漏出；
长方板与箱体后壁板相邻的一侧上安装一对自攻螺丝，每个自攻螺丝端头套设弹簧的一端，相同的自攻螺丝的锥端顺次套设金属垫圈和橡胶垫圈后穿过箱体后壁板与弹簧的另一端连接；
在长方板相对箱体底面的底端安装两条金属方管，长度方向长方板长度方向平行，用以将长方板底部举离箱体底面，从而使得前述模拟振动桩基的箱体底板上设置的双牙螺丝能够穿过箱体底板，但不触碰箱体的放置平面；
长方板的材质和厚度可根据研究内容的需要而改变。
作为本发明的进一步优选，在侧壁板上开设通孔，其内分别安装水阀；
图5所示，在侧向加劲板靠近底部位置处均匀开设多个孔洞，每个孔洞上覆设一层滤网；
在角钢上均匀开设多个顺次排列的孔洞，通过在孔洞内插入螺栓与玻璃板紧固；
图6所示，作为本发明的进一步优选，在每个从动齿轮上以圆心作为对称点，开设三组垂直通孔，三组垂直通孔的直径分别为12mm，18m和20mm，丝杠及与其配套的至少一个螺母构成配重结构，在垂直通孔内更换对应尺寸的配重结构控制循环荷载生成装置产生的力的幅值；每个垂直通孔的中心与圆心连线夹角为60度；
图7所示，施力齿轮副的基本原理是：施力齿轮副上对称安装的丝杆和配重螺母随着主动齿轮以角速度w′运动带动从动齿轮以角速度ω转动将产生离心运动，丝杆和配重螺母提供大小为Fn＝mrw2的向心力，将此向心力分别沿x轴和y轴方向分解，得到x轴和y轴方向的合力为：Fx＝(m1-m2)rw2cosθ
Fy＝(m1+m2)rw2sinθ
当m1＝m2时，即保持两个从动齿轮上的丝杆和配重螺母的质量相同时，x轴方向的合力为零，y轴方向的合力为Fy＝2mrw2sinθ,这个力和质量块施加给整个振动模块的拉力等大反向，由此可以通过改变丝杆型号和配重螺母个数和齿轮的转速来实现荷载大小的改变；
作为本发明的进一步优选，前述的电机外接稳压直流电源，通过其输出的电压来控制振动桩基模拟装置的振动频率；
在玻璃板上与长方板相对数据采集处理模块的长侧边与玻璃板相接触对应的位置处贴设刻度尺，可用于测量振动试验前后土层表面变化情况；
针对上述装置，采取如下措施实现试验时装置的密水封土：箱体后壁板和底板开孔处均设置金属垫圈及橡胶止水垫片以防止试验时装置内水、土流出；箱体的其余非焊接部分通过采用密封胶实现封闭性。
图8所示，一种基于PIV技术的二维桩土互相作用特性试验系统的试验方法，包括以下步骤：
第一步，根据试验要求计算出所需振动力幅值大小，并在循环荷载生成装置的从动齿轮上放置特定直径的丝杆及选择配套螺母的个数；
第二步，将振动桩基模拟装置放入箱体内，并进行密水封土措施；将一对上下布置的自攻螺丝自后依次穿过金属垫圈、橡胶垫圈、箱体后壁板与长方板后侧的弹簧另一端相接触；通过收放长方板底部设置的两个双牙螺丝配套的螺母调整并固定长方板的底部位置，使长方板相对数据采集处理模块的长侧边紧贴前部玻璃板，螺母靠近长方板底部侧均设置金属垫圈和橡胶垫圈；将密封胶涂抹在箱体的其余非焊接部分；
第三步，向箱体内填土，每铺约1cm厚土即采取碾压密实以保证填土的均匀性，最后将表面土整平；
第四步，关闭水阀阀门，向侧壁板和侧向加劲板之间的空隙内缓慢加水，水通过侧向加劲板底板的带滤网的孔洞进入厚土，使土体逐渐饱和；
第五步，根据试验要求确定振动频率，并通过率定得到的频率—电压关系计算出所需电压大小，调整稳压直流电源的输出电压；
第六步，通过计算机调整摄像机焦距并调整照明设备角度及大小；
第七步，在计算机显示的视频录制界面上点击开始，从而开始视频采集；
第八步，将稳压直流电源连接振动装置的电机并打开稳压直流电源开关；
第九步，根据试验要求进行相应时间的试验，结束时关闭稳压直流电源开关；
第十步，结束视频记录，将视频文件保存在计算机内；
第十一步，打开侧壁板两侧的阀门，将水排尽；
第十二步，倒出箱体中的土，之后取下振动桩基模拟装置，拆下从动齿轮上丝杆及匹配的螺母；
第十二步，通过MATLAB程序，将视频每隔特定秒数提取一帧，并保存为PNG文件；
第十三步，利用基于MATLAB的开源程序——PIVlab进行图像的处理；
当进行干土试验时，可省略第四步和第十一步。
将视频文件每隔特定秒数提取一帧的MATLAB程序，可实现以下功能：
(1)导入视频文件；
(2)输入两帧之间的时间间隔；
(3)提取相应帧图像；
(4)将图像转化为8位图像；
(5)将图像进行编号后输出到指定文件夹。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统，其特征在于：包括可控制振动力幅值和振动频率的二维振动生成结构，其布设在平面上，还包括运用PIV技术的数据采集处理模块，其通过数据线与二维振动生成结构实现通信连接；前述的二维振动生成结构包括振动桩基模拟装置，还包括用于盛放振动桩基模拟装置和试验用土的箱体；数据采集处理模块置于箱体外部，且箱体相对数据采集处理模块的一侧为玻璃板，箱体的顶部为开口状；
振动桩基模拟装置包括循环荷载生成装置以及用于模拟桩基的长方板，前述的循环荷载生成装置置于箱体上方，包括水平金属平台，其表面安装由一个主动齿轮和两个从动齿轮构成的施力齿轮副，两个从动齿轮相互啮合，主动齿轮与其中一个从动齿轮啮合；在水平金属平台下方安装电机，电机的电机轴穿过水平金属平台与主动齿轮的转轴连接固定，在电机的外围套设金属套，金属套与水平金属平台刚性连接固定；两个从动齿轮中心位置套设在轴杆上，轴杆外围套设轴套，轴套固定在水平金属平台表面；长方板垂直安装在箱体内，长方板的其中一个短侧边与水平金属平台底面垂直固定连接，另一个短侧边靠近箱体底部，且与箱体底部留有距离；长方板相对数据采集处理模块的长侧边与玻璃板相接触，长方板的另一个长侧边通过一对上下放置的弹簧连接在箱体与玻璃板相对的后壁板上，且另一个长侧边与后壁板之间留有距离来放置上述弹簧；
前述的箱体包括与后壁板两侧分别垂直固定的侧壁板，在两个侧壁板之间安装两个侧向加劲板，侧向加劲板均与箱体的后壁板垂直布设，且长方板位于两个侧向加劲板之间；
两个侧壁板、两个侧向加劲板与玻璃板接触的侧边焊接垂直的角钢，通过角钢与玻璃板固定；
两个侧向加劲板之间形成的空间内用于填料；
长方板的其中一个短侧边通过自攻螺丝垂直固定连接在水平金属平台底面，长方板另一个靠近箱体底部的短侧边上布设两个双牙螺丝，双牙螺丝的自攻端插入长方板内，其另一端插入箱体底板上开设的竖直孔洞内；在每个双牙螺丝上均匹配一对螺母，长方板的底部位于一对螺母之间，螺母靠近长方板底部的一侧均套设金属垫圈和橡胶垫圈；
长方板与箱体后壁板相邻的一侧上安装一对自攻螺丝，每个自攻螺丝端头套设弹簧的一端，相同的自攻螺丝的锥端顺次套设金属垫圈和橡胶垫圈后穿过箱体后壁板与弹簧的另一端连接；
在长方板相对箱体底面的底端安装两条金属方管。
2.根据权利要求1所述的基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统，其特征在于：前述的数据采集处理模块包括一台观测桩土作用的摄像机，一个提供稳定持续光照的照明设备以及一台用以处理数据的计算机；照明设备布设在正对玻璃板的位置处，摄像机位于照明设备和玻璃板之间；摄像机的数据端与计算机相连通。
3.根据权利要求1所述的基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统，其特征在于：在侧壁板上开设通孔，其内分别安装水阀；
在侧向加劲板靠近底部位置处均匀开设多个孔洞，每个孔洞上覆设一层滤网；
在角钢上均匀开设多个顺次排列的孔洞，通过在孔洞内插入螺栓与玻璃板紧固。
4.根据权利要求1所述的基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统，其特征在于：在每个从动齿轮上以圆心作为对称点，开设三组垂直通孔，三组垂直通孔的直径分别为12mm，18m和20mm，丝杠及与其配套的至少一个螺母构成配重结构，在垂直通孔内更换对应尺寸的配重结构控制循环荷载生成装置产生的力的幅值；每个垂直通孔的中心与圆心连线夹角为60度。
5.根据权利要求1所述的基于PIV技术的二维桩土相互作用试验系统，其特征在于：前述的电机外接稳压直流电源，通过其输出的电压来控制振动桩基模拟装置的振动频率；
在玻璃板上与长方板相对数据采集处理模块的长侧边与玻璃板相接触对应的位置处贴设刻度尺。
6.一种基于上述任意权利要求所述的PIV技术的二维桩土相互作用试验系统的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，根据试验要求计算出所需振动力幅值大小，并在循环荷载生成装置的从动齿轮上放置特定直径的丝杆及选择配套螺母的个数；
第二步，将振动桩基模拟装置放入箱体内，并进行密水封土措施；将一对上下布置的自攻螺丝自后依次穿过金属垫圈、橡胶垫圈、箱体后壁板与长方板后侧的弹簧另一端相接触；通过收放长方板底部设置的两个双牙螺丝配套的螺母调整并固定长方板的底部位置，使长方板相对数据采集处理模块的长侧边紧贴前部玻璃板，螺母靠近长方板底部侧均设置金属垫圈和橡胶垫圈；将密封胶涂抹在箱体的其余非焊接部分；
第三步，向箱体内填土，每铺1cm厚土即采取碾压密实以保证填土的均匀性，最后将表面土整平；
第四步，关闭水阀阀门，向侧壁板和侧向加劲板之间的空隙内缓慢加水，水通过侧向加劲板底板的带滤网的孔洞进入厚土，使土体逐渐饱和；
第五步，根据试验要求确定振动频率，并通过率定得到的频率—电压关系计算出所需电压大小，调整稳压直流电源的输出电压；
第六步，通过计算机调整摄像机焦距并调整照明设备角度及大小；
第七步，在计算机显示的视频录制界面上点击开始，从而开始视频采集；
第八步，将稳压直流电源连接振动装置的电机并打开稳压直流电源开关；
第九步，根据试验要求进行相应时间的试验，结束时关闭稳压直流电源开关；
第十步，结束视频记录，将视频文件保存在计算机内；
第十一步，打开侧壁板两侧的阀门，将水排尽；
第十二步，倒出箱体中的土，之后取下振动桩基模拟装置，拆下从动齿轮上丝杆及匹配的螺母；
第十二步，通过MATLAB程序，将视频每隔特定秒数提取一帧，并保存为PNG文件；
第十三步，利用基于MATLAB的开源程序——PIVlab进行图像的处理；
当进行干土试验时，可省略第四步和第十一步。
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