CN216593207U - 一种红层泥岩吸水崩解测定装置 - Google Patents

一种红层泥岩吸水崩解测定装置 Download PDF

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刘泳钢
范琪
吕玺琳
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Abstract

本实用新型公开一种红层泥岩吸水崩解测定装置,包括灯箱和外置识别装置;灯箱内腔边沿处均固定安装有灯带;灯箱顶面中心及灯箱任意相邻的两侧壁中心均安装有可调摄像组件,可调摄像组件与外置识别装置电性连接;实验台底座顶面中心通过电动调节杆支撑有实验台;实验台顶面放置有透明容器;透明容器内通过蒸馏水放置有红层泥岩土样本。本装置通过多角度对红层泥岩土样崩解过程进行监控,采用图像识别的方法计算土体体积,实现利用土体体积分析土体崩解特性;采用土样崩解过程中的体积作为变量,计算得到的崩解量和崩解速率能有效表征和评价红层泥岩的崩解程度,相较于传统方法,数据更加精确,没有肉眼读数产生的误差,操作简单方便。

Description

一种红层泥岩吸水崩解测定装置
技术领域
本实用新型涉及水敏感性岩土测定技术领域,特别是涉及一种红层泥岩吸水崩解测定装置。
背景技术
红层泥岩在我国分布广泛,在四川、云南、贵州、甘肃等地区都大量存在。红层泥岩属于红层中软弱岩,是弱固结黏土经挤压、脱水、重结晶和胶结等作用形成的岩体,其强度介于岩与土之间。天然状态岩体较坚硬完整,但亲水性较强,具有遇水后易崩解软化(或膨胀)的特点。随着经济发展,公路、桥梁及高层建筑都在如火如荼的建设当中,大面积分布的红层泥岩为各类建(构)筑物提供了广阔的建设空间。红层泥岩遇水后崩解,易造成地基土承载力降低、对建筑物结构产生破坏。因此,崩解性成为了描述红层泥岩物理特性的重要指标,研究红层泥岩崩解性在工程中也尤为重要。
目前的土工试验方法标准中,崩解试验的方法为在浮筒下端悬挂网板,土样崩解后崩解物从网板孔眼中掉落使浮筒上浮,通过浮筒上浮高度计算崩解量。现有的崩解仪在读数上进行了改进,通过拉力计和电子天平等测量崩解后剩余质量,进行崩解率的计算。但在这些实验方案中,土样自身含水量会对崩解率的测定造成影响,同时浮筒、天平等输出的读数时刻处于波动状态,肉眼读数不稳定将使数据的准确性存在一定的误差。由于崩解过程中崩解物将从孔眼中掉落,剩余土体不断减少,无法观测土样在崩解各个时期的形态变化,使土样崩解的详细过程记录不清晰。
因此,亟需设计一种能够对红层泥岩的崩解情况记录、测定崩解量和崩解速率,可做到多角度监控记录红层泥岩崩解过程的红层泥岩吸水崩解测定装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种红层泥岩吸水崩解测定装置,以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的,本实用新型提供了如下方案:本实用新型提供一种红层泥岩吸水崩解测定装置,包括灯箱和外置识别装置;所述灯箱一侧转动连接有开合门;所述灯箱内腔边沿处均固定安装有灯带;所述灯箱顶面中心及所述灯箱任意相邻的两侧壁中心均安装有可调摄像组件,所述可调摄像组件与所述外置识别装置电性连接;
所述灯箱内腔底面固定设置有固定座;所述固定座顶面装夹安装有实验台底座;所述实验台底座顶面中心通过电动调节杆支撑有实验台;所述实验台顶面放置有透明容器;所述透明容器内通过蒸馏水放置有红层泥岩土样本;所述透明容器与三所述可调摄像组件位置对应。
所述固定座为圆柱形结构,所述固定座沿顶面向下开设有装配槽;所述装配槽中心形成有装配台;所述实验台底座周壁形状与所述装配槽适配且插入所述装配槽内;所述实验台底座顶面竖直安装有所述电动调节杆;所述电动调节杆顶部与所述实验台底面固定连接。
所述实验台顶面中部开设有固定凹槽,所述固定凹槽槽口周壁形成有限位凸起;所述透明容器限定于所述限位凸起内,且所述透明容器与所述限位凸起抵接。
所述透明容器顶部还设置有聚光件;所述聚光件为透明中空圆台结构;所述聚光件底面开设有圆环槽,所述聚光件底面通过所述圆环槽安装在所述透明容器顶部;所述聚光件侧壁等间距固定安装有若干个凸透镜。
所述可调摄像组件包括结构相同的顶摄像组件和侧摄像组件;两所述侧摄像组件的顶部还安装有分体式位移传感器,所述分体式位移传感器的衔铁插设于所述聚光件底部。
所述顶摄像组件包括摄像箱;所述摄像箱贯穿所述灯箱外壁且正对所述透明容器设置;所述摄像箱内设置有电机控制板,电机,摄像头和调节部;所述电机控制板分别通过电线与所述电机和外置识别装置电性连接;所述电机与所述调节部传动连接;所述调节部内固定安装有所述摄像头。
所述电机固定安装在电机架上,电机架设置在所述调节部一侧,所述电机的电机轴贯穿所述电机架且固定连接有第一齿轮,所述第一齿轮与所述调节部传动连接。
所述调节部包括固定架和旋转架;所述固定架两侧均螺纹安装在所述摄像箱内;所述旋转架中部固定安装有所述摄像头;所述摄像箱与所述摄像头对应位置开设有通槽;所述旋转架两端分别通过所述安装轴与所述固定架转动连接;
所述旋转架两侧外壁还固定安装有调节杆;所述固定架两侧壁分别开设有两弧形槽;同侧两所述弧形槽关于所述安装轴对称设置;每一所述调节杆均设置于一所述弧形槽内;
一所述安装轴上还安装有第二齿轮;所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合。
本实用新型公开了以下技术效果:本实用新型通过多角度对红层泥岩土样崩解过程进行监控,采用图像识别的方法计算土体体积,实现利用土体体积分析土体崩解特性;本实用新型中灯箱的各边均安装有灯带,全方位对土样进行照明,保证摄像机在崩解全过程能够拍摄清晰、无阴影的三视图;采用土样崩解过程中的体积作为变量,计算得到的崩解量和崩解速率能有效表征和评价红层泥岩的崩解程度,相较于传统方法,数据更加精确,没有肉眼读数产生的误差,操作简单方便。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为整体结构俯视图;
图2为整体结构侧视图;
图3为摄像组件结构示意图;
图4为第一齿轮与第二齿轮装配示意图;
图5为旋转架侧视图;
图6为聚光件俯视图;
其中,1、灯箱;2、外置识别装置;3、灯带;4、固定座;5、实验台底座;6、电动调节杆;7、实验台;8、透明容器;9、装配台;10、限位凸起;11、聚光件;12、圆环槽;13、摄像箱;14、电机控制板;15、电机;16、摄像头;17、电机架;18、第一齿轮;19、固定架;20、旋转架;21、安装轴;22、调节杆;23、弧形槽;24、第二齿轮;25、分体式位移传感器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于,包括:灯箱1和外置识别装置2;灯箱1一侧转动连接有开合门;灯箱1内腔边沿处均固定安装有灯带3;灯箱1顶面中心及灯箱1任意相邻的两侧壁中心均安装有可调摄像组件,可调摄像组件与外置识别装置2电性连接;
灯箱1内腔底面固定设置有固定座4;固定座4顶面装夹安装有实验台底座5;实验台底座5顶面中心通过电动调节杆6支撑有实验台7;实验台7顶面放置有透明容器8;透明容器8内通过蒸馏水放置有红层泥岩土样本;透明容器8与三可调摄像组件位置对应。
固定座4为圆柱形结构,固定座4沿顶面向下开设有装配槽;装配槽中心形成有装配台9;实验台底座5周壁形状与装配槽适配且插入装配槽内;实验台底座5顶面竖直安装有电动调节杆6;电动调节杆6顶部与实验台7底面固定连接。
实验台7顶面中部开设有固定凹槽,固定凹槽槽口周壁形成有限位凸起10;透明容器8限定于限位凸起10内,且透明容器8与限位凸起10抵接。
透明容器8顶部还设置有聚光件11;聚光件11为透明中空圆台结构;聚光件11底面开设有圆环槽12,聚光件11底面通过圆环槽12安装在透明容器8顶部;聚光件11侧壁等间距固定安装有若干个凸透镜。
可调摄像组件包括结构相同的顶摄像组件和侧摄像组件;两侧摄像组件的顶部还安装有分体式位移传感器25,分体式位移传感器25的衔铁插设于聚光件11底部。
顶摄像组件包括摄像箱13;摄像箱13贯穿灯箱1外壁且正对透明容器8设置;摄像箱13内设置有电机控制板14,电机15,摄像头16和调节部;电机控制板14分别通过电线与电机15和外置识别装置2电性连接;电机15与调节部传动连接;调节部内固定安装有摄像头16。
电机15固定安装在电机架17上,电机架17设置在调节部一侧,电机15的电机轴贯穿电机架17且固定连接有第一齿轮18,第一齿轮18与调节部传动连接。
调节部包括固定架19和旋转架20;固定架19两侧均螺纹安装在摄像箱13内;旋转架20中部固定安装有摄像头16;摄像箱13与摄像头16对应位置开设有通槽;旋转架20两端分别通过安装轴21与固定架19转动连接;
旋转架20两侧外壁还固定安装有调节杆22;固定架19两侧壁分别开设有两弧形槽23;同侧两弧形槽23关于安装轴21对称设置;每一调节杆22均设置于一弧形槽23内;
一安装轴21上还安装有第二齿轮24;第二齿轮24与第一齿轮18相啮合。
在本实用新型的一个实施例中,电动调节杆6位电动推杆,在实验开始前,通过电动调节杆6调节透明容器8至合适高度;
进一步的,配合分体式位移传感器25,使衔铁对分体式位移传感器25主体位置对应,使透明容器8高度与侧摄像组件的摄像头16高度对应,图像采集完整。
在本实用新型的一个实施例中,分体式位移传感器25为DUG20分体式LVDT位移传感器。
在本实用新型的一个实施例中,外置识别装置2采用下式计算特定时刻的岩土体崩解量:
Figure BDA0003478401240000071
其中,At为红层泥岩土样在时间t的崩解量(100%),Vt为t时刻岩土体的体积,V0为崩解试验初始时刻土体的体积,Vf为土样崩解完成时土体的体积;
采用下式计算红层泥岩土体崩解速率:
Figure BDA0003478401240000081
式中vt为红层泥岩土样在时间t的崩解速率,是崩解过程中土体的体积Vt随着时间t的导数;
分析方法包括以下步骤:
1)在透明容器8中放入蒸馏水,将透明容器8装恰在限位凸起10上;
2)将三摄像组件安置在照明灯箱的三个视口处,并与数据传输系统相连接;
3)调节承台高度,使试样放入后能处于三个摄像头的聚焦处;
4)测定并记录红层泥岩土样初始体积V0,之后将红层泥岩土样放入盛有蒸馏水的透明容器中,将透明容器通过开合门放置到限位凸起内,三台摄像机对土样的崩解过程进行拍摄;
5)将步骤4)拍摄的图片通过数据传输系统导入到计算机图像处理系统进行处理,通过土样的三视图计算任意时刻土体体积Vt。当t时刻土体体积Vt在100s内的变化小于0.1倍V0时,可视为崩解完成,记录崩解完成时的土体体积Vf;
6)计算红层泥岩土样在时间t的崩解量(100%)和崩解速率。
进一步的,本实用新型通过多角度对红层泥岩土样崩解过程进行监控,采用图像识别的方法计算土体体积,实现利用土体体积分析土体崩解特性;本实用新型中灯箱1的各边均安装有灯带3,全方位对土样进行照明,保证摄像机在崩解全过程能够拍摄清晰、无阴影的三视图;
本实用新型中采用土样崩解过程中的体积作为变量,计算得到的崩解量和崩解速率能有效表征和评价红层泥岩的崩解程度,相较于传统方法,数据更加精确,没有肉眼读数产生的误差,操作简单方便。
在本实用新型的一个实施例中,灯带3为LED灯带。
在本实用新型的一个实施例中,透明容器8为立方体容器。
在本实用新型的一个实施例中,聚光件11用于配合顶摄像头16调节,通过凸透镜使顶部光源聚集。
在本实用新型的一个实施例中,外置识别装置2通过电机控制板14控制电机15的停启,电机15通过驱动第一齿轮18,第一齿轮18与第二齿轮24啮合,第二齿轮24带动其安装轴21旋转,安装轴21与固定架19通过轴承转动连接;安装轴21和旋转架20固定连接;通过调节杆22在弧形槽23内转动,实现摄像头16的角度微调,使摄像头正对红层泥岩土样本。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述,并非对本实用新型的范围进行限定,在不脱离本实用新型设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于,包括:灯箱(1)和外置识别装置(2);所述灯箱(1)一侧转动连接有开合门;所述灯箱(1)内腔边沿处均固定安装有灯带(3);所述灯箱(1)顶面中心及所述灯箱(1)任意相邻的两侧壁中心均安装有可调摄像组件,所述可调摄像组件与所述外置识别装置(2)电性连接;
所述灯箱(1)内腔底面固定设置有固定座(4);所述固定座(4)顶面装夹安装有实验台底座(5);所述实验台底座(5)顶面中心通过电动调节杆(6)支撑有实验台(7);所述实验台(7)顶面放置有透明容器(8);所述透明容器(8)内通过蒸馏水放置有红层泥岩土样本;所述透明容器(8)与三所述可调摄像组件位置对应。
2.根据权利要求1所述的一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于:所述固定座(4)为圆柱形结构,所述固定座(4)沿顶面向下开设有装配槽;所述装配槽中心形成有装配台(9);所述实验台底座(5)周壁形状与所述装配槽适配且插入所述装配槽内;所述实验台底座(5)顶面竖直安装有所述电动调节杆(6);所述电动调节杆(6)顶部与所述实验台(7)底面固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于:所述实验台(7)顶面中部开设有固定凹槽,所述固定凹槽槽口周壁形成有限位凸起(10);所述透明容器(8)限定于所述限位凸起(10)内,且所述透明容器(8)与所述限位凸起(10)抵接。
4.根据权利要求1所述的一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于:所述透明容器(8)顶部还设置有聚光件(11);所述聚光件(11)为透明中空圆台结构;所述聚光件(11)底面开设有圆环槽(12),所述聚光件(11)底面通过所述圆环槽(12)安装在所述透明容器(8)顶部;所述聚光件(11)侧壁等间距固定安装有若干个凸透镜。
5.根据权利要求4所述的一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于:所述可调摄像组件包括结构相同的顶摄像组件和侧摄像组件;两所述侧摄像组件的顶部还安装有分体式位移传感器(25),所述分体式位移传感器(25)的衔铁插设于所述聚光件(11)底部。
6.根据权利要求5所述的一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于:所述顶摄像组件包括摄像箱(13);所述摄像箱(13)贯穿所述灯箱(1)外壁且正对所述透明容器(8)设置;所述摄像箱(13)内设置有电机控制板(14),电机(15),摄像头(16)和调节部;所述电机控制板(14)分别通过电线与所述电机(15)和外置识别装置(2)电性连接;所述电机(15)与所述调节部传动连接;所述调节部内固定安装有所述摄像头(16)。
7.根据权利要求6所述的一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于:所述电机(15)固定安装在电机架(17)上,电机架(17)设置在所述调节部一侧,所述电机(15)的电机轴贯穿所述电机架(17)且固定连接有第一齿轮(18),所述第一齿轮(18)与所述调节部传动连接。
8.根据权利要求7所述的一种红层泥岩吸水崩解测定装置,其特征在于:所述调节部包括固定架(19)和旋转架(20);所述固定架(19)两侧均螺纹安装在所述摄像箱(13)内;所述旋转架(20)中部固定安装有所述摄像头(16);所述摄像箱(13)与所述摄像头(16)对应位置开设有通槽;所述旋转架(20)两端分别通过所述安装轴(21)与所述固定架(19)转动连接;
所述旋转架(20)两侧外壁还固定安装有调节杆(22);所述固定架(19)两侧壁分别开设有两弧形槽(23);同侧两所述弧形槽(23)关于所述安装轴(21)对称设置;每一所述调节杆(22)均设置于一所述弧形槽(23)内;
一所述安装轴(21)上还安装有第二齿轮(24);所述第二齿轮(24)与所述第一齿轮(18)相啮合。
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