论文题目：三维摄影测量技术及软土地基上堤坝的离心模型试验研究
摘要：作为一种行之有效的物理模拟试验手段,岩土离心模型试验已经广泛应用于解决各类岩土工程相关的工程技术问题,如堤坝和边坡、浅基础与深基础、挡土结构、动力工程、地基处理等方面。在土工离心模型试验中,变形测量占有重要的地位,最为常用。目前传统的变形测量技术主要有差动变压器式位移传感器（LVDT）和激光位移传感器两种。LVDT具有机械寿命长、分辨率高、坚固耐用等优点,但应用LVDT进行变形测量时,需要严格控制其与模型表面的接触,对模型的物理性能有一定的影响,安装起来受模型箱空间限制只能测量几个点,且传感器的量程有限,测量范围较小。激光位移传感器具有非接触、测量精度高等优点,但对量程有严格要求,目前大部分激光位移传感器仅能测量一个点在一个特定方向的位移,能够测量一条线上多个点的激光位移传感器则价格昂贵。摄影测量是基于图像分析处理的一项技术,相比于传统的位移测量手段,它具有非接触、直观、量程大、测量范围广、布设方便等诸多优点,目前在土工离心模型试验中已经得到了一些应用,但仅限于对模型侧面内部变形的测量。本文开发了一套新的三维摄影测量技术并将其应用于软土地基上堤坝的离心模型试验中,测量模型表面的变形。软土地基具有高含水量、高压缩性、天然孔隙大等特征,因此软土地基上的堤坝易发生较大的变形,甚至发生破坏。应用本文开发的三维摄影测量技术可以测量软土地基上堤坝离心模型三维表面的变形,量程大,测量范围广,监测结果可以为工程实践提供依据,保障工程安全。本文开发的三维摄影测量技术的基本原理是透镜成像原理,测量流程是通过两台摄像机同时拍摄到的模型图像标定出摄像机的参数,并且对图像中模型各个测量点的空间位置进行计算,从而测量得到试验过程中土工离心模型的变形。本文研究离心模型试验的对象是我国西南某软土地基上的土石坝,对照激光位移传感器,应用三维摄影测量技术对软土地基上土石坝离心模型的变形监测结果表明,三维摄影测量技术具有较高的精确度,适用于土工离心模型试验中的变形监测。软土地基上土石坝离心模型试验的变形监测结果表明,在试验过程中,随着离心加速度的增大,土石坝模型的坝体逐渐下沉,且坝顶沉降最明显。坝坡沉降量沿着坝坡向下逐渐减小,在与坝基相交的坝底处,沉降量变得很小,局部出现向上隆起的现象。同时,土石坝模型发生了横向变形,随着离心加速度的增大而增大,且坝底沿水平方向上的位移最大,位移量沿着坝坡向上减小。在离心加速度加载过程中,软土地基上土石坝的离心模型上出现了横向裂缝,说明土石坝模型在竖直和水平两个方向上的不均匀变形导致坝体最终开裂破坏。为了研究离心加速度对软土地基上土石坝离心模型滑动稳定性的影响,本文借助仿真分析软件GeoStudio对软土地基上的土石坝离心模型进行了建模并分析了其在不同离心加速度值下的滑动稳定性。研究结果表明,随着离心加速度的增高,软土地基上土石坝离心模型的滑动稳定性逐渐减小。软土地基上土石坝离心模型的滑动破坏面呈圆弧状,且深入到软土基础中,失稳破坏模型为深层破坏,说明软土地基上土石坝离心模型的滑动稳定性为软土地基的承载能力所控制。最后,本文在总结研究成果的基础上,对进一步研究提出了展望,以期对今后的研究有所帮助。
关键词：土工离心模型试验;变形监测;三维摄影测量技术;软土地基;堤坝;滑动稳定性
学科专业：岩土工程
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 土工离心模型试验概述
1.1.1 土工离心模型试验基本原理
1.1.2 土工离心模型试验的发展
1.2 软土地基上堤坝的离心模型试验
1.2.1 软土地基的性质及其上土工构筑物的变型特征
1.2.2 关于软土地基上堤坝的离心模型试验
1.3 土工离心模型试验中的位移测量
1.3.1 传统的测量技术
1.3.2 摄影测量技术的发展
第二章 土工离心模型试验中的三维摄影测量技术
2.1 摄像机的成像原理
2.1.1 相机模型
2.1.2 小孔成像模型
2.1.3 对于小孔成像模型的误差分析
2.2 三维摄影测量技术
2.2.1 三维摄影测量技术的原理
2.2.2 三维摄影测量技术在土工离心模型试验中的应用流程
2.2.3 相机参数标定与计算
2.3 本章小结
第三章 软土地基上堤坝的离心模型试验
3.1 土工离心模型试验的主要设备
3.1.1 土工离心机
3.1.2 摄像机
3.1.3 图像传输、存储设备
3.2 软土地基上堤坝离心模型试验的材料及模型制备
3.3 试验布置及过程
3.3.1 试验布置
3.3.2 试验过程
3.4 本章小结
第四章 试验数据的处理与分析
4.1 摄像机参数标定
4.1.1 标定两台摄像机的参数
4.1.2 检验两台摄像机参数的准确性
4.2 软土地基上土石坝离心模型在试验过程中的变形
4.2.1 离心加速度0g时的计算结果
4.2.2 离心加速度20g时的计算结果
4.2.3 离心加速度40g时的计算结果
4.2.4 离心加速度60g时的计算结果
4.3 对计算结果的分析
4.3.1 软土地基上土石坝离心模型在试验过程中的沉降分析
4.3.2 与激光传感器的测量结果进行对照分析
4.4 本章小结
第五章 软土地基上土石坝离心模型的滑动稳定性研究
5.1 对软土地基上土石坝的离心模型进行建模
5.1.1 GeoStudio系统软件简介
5.1.2 应用GeoStudio的SLOPE/W模块进行建模的流程
5.2 试验过程中软土地基上土石坝离心模型的滑动稳定性
5.2.1 边坡稳定系数
5.2.2 离心加速度对软土地基上土石坝离心模型滑动稳定性的影响研究
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢