三軸試樣絕對(duì)體積測(cè)量方法研究

　　摘要：三軸試驗(yàn)過(guò)程中的土樣體積是用于分析土體應(yīng)力應(yīng)變特性所需的一個(gè)基本參數(shù)。近年來(lái)，基于圖像分析的方法越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于土樣在三軸試驗(yàn)過(guò)程中的體積測(cè)量。然而，基于圖像分析方法測(cè)量所得結(jié)果僅僅是試樣的相對(duì)體積變化，并非試樣絕對(duì)體積。為了測(cè)量三軸試驗(yàn)過(guò)程中試樣的絕對(duì)體積，本研究綜合運(yùn)用攝影測(cè)量原理、光線追蹤、和最小二乘優(yōu)化技術(shù)，測(cè)定了覆蓋試樣表面點(diǎn)云的三維位置;通過(guò)對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行三角網(wǎng)格劃分、端部截?cái)�、插值、并扣除橡皮膜體積計(jì)算得到土樣在三軸試驗(yàn)過(guò)程中的絕對(duì)體積;同時(shí)，本研究還針對(duì)性地開發(fā)出了用于實(shí)現(xiàn)上述分析步驟以及相關(guān)測(cè)量結(jié)果后處理的配套軟件，GeoTri3D。為驗(yàn)證該絕對(duì)體積測(cè)量方法的可行性，本研究開展了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋼柱試驗(yàn)、一個(gè)飽和砂土、和三個(gè)非飽和粉土試樣的三軸試驗(yàn)。鋼柱與飽和砂土的三軸試驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠成功實(shí)現(xiàn)三軸試樣在試驗(yàn)過(guò)程中任意時(shí)刻的絕對(duì)體積測(cè)量;此外，通過(guò)對(duì)粉土試樣表面三維點(diǎn)云的進(jìn)一步分析所得的土樣應(yīng)變?cè)茍D能夠真實(shí)再現(xiàn)三軸試驗(yàn)過(guò)程中的土樣全局變形過(guò)程。

　　關(guān)鍵詞：GeoTri3D;攝影測(cè)量;絕對(duì)體積;三軸試樣;全局變形

　　1引言

　　三軸試驗(yàn)廣泛用于飽和土與非飽和土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系研究。鑒于土的力學(xué)和變形特性均與其體積變化密切相關(guān)，三軸試驗(yàn)過(guò)程中，需要對(duì)土樣的體積/變形進(jìn)行精確測(cè)量。由于土顆粒和水都被認(rèn)為是不可壓縮的，飽和土的排水試驗(yàn)過(guò)程中，可以通過(guò)排水法(監(jiān)測(cè)試樣中水的流入/流出)來(lái)得到其體積變化。由于測(cè)量原理非常簡(jiǎn)單，排水法是目前應(yīng)用最廣泛的方法。然而，試驗(yàn)過(guò)程中，體積測(cè)量水管接頭處的漏水，橡皮膜與試樣帽以及底座接觸處的滲漏，和橡皮膜在試樣表面的嵌入(尤其是粗顆粒土[1])等對(duì)體積測(cè)量精度有影響的因素都很難察覺。由于這些因素的影響，長(zhǎng)時(shí)間的三軸試驗(yàn)過(guò)程中的體積變化測(cè)量精度難以保證。

　　此外，飽和土的不排水試驗(yàn)過(guò)程中，土中的水不與外界發(fā)生交換，土在試驗(yàn)過(guò)程中的體積是定值。因此，通常不需要對(duì)不排水三軸試驗(yàn)進(jìn)行體積測(cè)量。然而，剪切過(guò)程中有可能產(chǎn)生負(fù)孔隙水壓力(大小與加載速率有關(guān))、誘發(fā)水的氣蝕,進(jìn)而導(dǎo)致土體體積的增加。由于事先默認(rèn)了土的體積恒定，該因素造成的體積誤差不得不在試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中忽略掉。由于非飽和土的三相性，在三軸試驗(yàn)過(guò)程中非飽和土的體積變化不再等于其中水的體積變化。

　　因此，傳統(tǒng)的飽和土體積測(cè)量方法不能直接應(yīng)用于非飽和土的三軸試驗(yàn)。在過(guò)去的幾十年，很多科研工作者做了大量的研究并研發(fā)了不同的方法來(lái)測(cè)量非飽和土在三軸試驗(yàn)過(guò)程中的體積變化。其中，比較有代表性的方法有：雙壓力室[2]，激光掃描[3]，位移傳感器[4]，和直接量測(cè)空氣和水的變化[5]等。近年來(lái)，由于攝影技術(shù)低成本和非接觸的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)數(shù)字圖像的分析來(lái)獲得相關(guān)變形信息的方法也越來(lái)越流行。在土工的三軸試樣體積/變形測(cè)量領(lǐng)域，數(shù)字圖像分析的方法也取得了較大進(jìn)展。其中代表性的方法有：數(shù)字圖像分析(DIA)、數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)、和攝影測(cè)量法等。

　　Macari等[6]首先提出了用DIA方法來(lái)測(cè)量土樣在三軸試驗(yàn)中的體積變形。通過(guò)試樣剪影，一個(gè)理想化的折射校正模型，和有關(guān)試樣形狀的假設(shè)計(jì)算得到了試樣的體積變形。Lin和Penumadu[7]對(duì)DIA方法進(jìn)行了改進(jìn)并測(cè)量了土樣在軸向扭轉(zhuǎn)條件下的變形特性。Gachet等[8]基于Macari的方法并進(jìn)行折射修正后所得的體積測(cè)量精度為0.6%。Uchaipichat等[9]在高溫環(huán)境下基于DIA方法對(duì)三軸試樣的整體體積進(jìn)行了測(cè)量。

　　邵龍?zhí)兜萚10-13]對(duì)DIA方法進(jìn)行了改進(jìn)，使用了一個(gè)特制的鋼質(zhì)壓力室(部分壓力室壁被替換為平板玻璃)，用一個(gè)相機(jī)測(cè)量了試樣在不同時(shí)刻的體積/變形。平面玻璃的使用有效減少了由于光線折射帶來(lái)的測(cè)量誤差。借助放置在壓力室中的平面鏡，該方法還可以實(shí)現(xiàn)全局變形測(cè)量。DIA方法的使用需要嚴(yán)格滿足三軸壓力室與相機(jī)的相對(duì)方位要求，但是人工精確控制相機(jī)相對(duì)于三軸壓力室的角度和位置在實(shí)際操作中很難實(shí)現(xiàn)。但是，由于原理簡(jiǎn)單且成本低，DIA及其衍生方法在實(shí)際三軸試驗(yàn)體積測(cè)量中也有一定的應(yīng)用。DIC,又稱數(shù)字散斑相關(guān)法，是將試樣變形前后的兩幅數(shù)字圖像，通過(guò)相關(guān)計(jì)算獲取興趣區(qū)的變形信息。

　　Bhandari等[14]利用理想化的三維折射修正模型以解決光線折射引起的圖像畸變，用DIC技術(shù)測(cè)量了排水三軸壓縮試驗(yàn)下砂土試樣的全局體積變形。試驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以實(shí)現(xiàn)不均勻體積變形的測(cè)量。由于使用了類似于圖像分析方法的系統(tǒng)設(shè)置，該方法的測(cè)量精度也會(huì)很大程度上受到相機(jī)相對(duì)于三軸壓力室的方位的影響。基于邵龍?zhí)兜萚10-13]研制的鋼質(zhì)壓力室，Wang等[15]成功將DIC技術(shù)引入到三軸試驗(yàn)的變形測(cè)量，并獲得了試樣的不均勻變形。

　　Salazar等[16-17]使用了攝影測(cè)量技術(shù)來(lái)量測(cè)三軸試樣的體積。通過(guò)使用安裝在壓力室內(nèi)的8-10個(gè)針孔相機(jī)對(duì)試樣從不同角度進(jìn)行拍照并應(yīng)用攝影測(cè)量原理分析得到了試樣的變形信息。盡管避免了折射修正，該方法需要三軸壓力室進(jìn)行非常復(fù)雜的改造來(lái)在三軸壓力是內(nèi)部安裝與圖像采集相關(guān)的硬件系統(tǒng);同時(shí)，分析多個(gè)相機(jī)所拍攝的幾十至幾百?gòu)垐D片極其繁雜且需要耗費(fèi)大量時(shí)間。Li等[18-22]研發(fā)出了基于攝影測(cè)量原理的方法并量測(cè)了土樣在三軸試驗(yàn)過(guò)程中的體積和全局變形。

　　通過(guò)光線追蹤技術(shù)對(duì)光線折射進(jìn)行校正，該方法成功克服了其它方法中折射矯正必須在理想坐標(biāo)系下進(jìn)行的局限性。與其他基于圖像分析的方法相比，該方法照片拍攝靈活、測(cè)量精度高、且可以實(shí)現(xiàn)全局變形測(cè)量。土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的建立依賴于三軸試驗(yàn)過(guò)程中土體體積測(cè)量結(jié)果。然而，對(duì)于上述所有的體積/變形測(cè)量方法，其測(cè)量結(jié)果僅僅是土樣在三軸試驗(yàn)過(guò)程中的體積變化。試樣在試驗(yàn)過(guò)程中的絕對(duì)體積無(wú)從知曉。

　　因此，傳統(tǒng)的三軸試驗(yàn)裝樣前通常需要用游標(biāo)卡尺來(lái)測(cè)量土的初始體積，絕對(duì)體積計(jì)算都要基于其初始體積。然而，初始體積測(cè)量、裝樣過(guò)程中的擾動(dòng)、以及試樣的飽和過(guò)程等都可能使土體的體積發(fā)生變化，導(dǎo)致初始體積有未知誤差。因此，體積測(cè)量結(jié)果的代表性/精度非常值得懷疑�；�于Li等[18-22]所研發(fā)的三軸試樣體積/變形測(cè)量方法，本文提出對(duì)三軸試樣的上下端部進(jìn)行精確定位，配合三角網(wǎng)格劃分、端部截?cái)唷⒉逯�，并扣除橡皮膜體積來(lái)獲得試樣在三軸試驗(yàn)過(guò)程中的絕對(duì)體積，通過(guò)不同的三軸試驗(yàn)對(duì)所提出方法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，并評(píng)價(jià)了其測(cè)量精度。

　　2試驗(yàn)方案

　　本研究開展了一個(gè)鋼柱、一個(gè)飽和砂土試樣、和三個(gè)非飽和粉土試樣的三軸試驗(yàn)。其中，鋼柱試驗(yàn)結(jié)果用于驗(yàn)證三軸試樣絕對(duì)體積測(cè)量的可行性和精度;飽和砂土試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)體積變化測(cè)量的精度;非飽和粉土試驗(yàn)展示了所提出方法在非飽和土三軸試驗(yàn)體積和變形測(cè)量方面的應(yīng)用。

　　2.1試驗(yàn)設(shè)備

　　基于攝影測(cè)量原理方法的測(cè)量精度與測(cè)量系統(tǒng)中所涉及到的三軸壓力室和相機(jī)密切相關(guān)。本試驗(yàn)所用的三軸壓力室的高度為210.26mm，外徑為125.32mm，厚度為10.60mm。加壓設(shè)備為FSY30型應(yīng)力應(yīng)變控制三軸儀。照片采集使用了尼康D7500相機(jī)以及一個(gè)定焦鏡頭(AF-SNikkor50mmf/1.4G)，相機(jī)圖像傳感器分辨率為5568×3712像素。

　　2.2試驗(yàn)材料

　　驗(yàn)證試驗(yàn)所使用鋼柱(標(biāo)準(zhǔn)圓柱體)的直徑為61.77mm，高度為124.99mm;飽和砂土試樣(粒徑區(qū)間為0.075-0.425mm)的初始直徑和高度分別為71.18和118.43mm。制樣時(shí)采用的是干砂，制樣結(jié)束后直接通過(guò)三軸儀進(jìn)行飽和;非飽和土驗(yàn)證試驗(yàn)所用粉土的最優(yōu)含水率和最大干密度分別為10.74%，1.713g/cm3;液塑限對(duì)應(yīng)的含水率分別為21.20%，13.22%。粉土試樣的具體制作過(guò)程為：將干土加10%水后攪拌均勻后密封保存12h;分層擊實(shí)成三個(gè)圓柱體非飽和粉土試樣。

　　3試驗(yàn)過(guò)程

　　為實(shí)現(xiàn)絕對(duì)體積的精確量測(cè)，需要對(duì)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置(包括：坐標(biāo)系的建立以及三軸壓力室和試樣表面標(biāo)記點(diǎn)的布設(shè))。設(shè)置完成后，開展了鋼柱、飽和砂土、和非飽和粉土的相關(guān)試驗(yàn)。三軸試驗(yàn)過(guò)程中，砂土和粉土試樣包裹于橡皮膜內(nèi)。為測(cè)量試樣的絕對(duì)體積，三軸試驗(yàn)完成后測(cè)量了包裹試樣部分橡皮膜的體積。

　　3.1建立坐標(biāo)系

　　為了測(cè)量結(jié)果能夠直接比較，本文所有的測(cè)量均在同一個(gè)真實(shí)坐標(biāo)系下進(jìn)行。該坐標(biāo)系的建立過(guò)程如下：(1)在三軸壓力室底座側(cè)面布設(shè)若干標(biāo)記點(diǎn)。

　　底座表面不同區(qū)域布設(shè)若干標(biāo)記點(diǎn)(周邊每個(gè)區(qū)域有12個(gè)點(diǎn)，底座中心有25個(gè)點(diǎn))。另外，放置一個(gè)量程和精度分別為150mm和0.02mm的游標(biāo)卡尺;(2)手持相機(jī)為底座從不同角度拍攝約30張照片，拍攝需保證基座上所有的標(biāo)記點(diǎn)在每張照片上都能清晰可見;(3)通過(guò)攝影測(cè)量分析并參照游標(biāo)卡尺建立與實(shí)際尺寸一致的真實(shí)的三維坐標(biāo)系。在該坐標(biāo)系中，x-y平面與底座的表面相平行，z軸方向與三軸壓力室的軸向一致，坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)置在底座上表面的中心。在該坐標(biāo)系下，獲取底座側(cè)面的若干個(gè)(大于3個(gè))標(biāo)記點(diǎn)的三維位置。

　　3.2三軸壓力室和試樣表面標(biāo)記點(diǎn)布設(shè)

　　三軸壓力室的內(nèi)外表面均為光線傳播過(guò)程所經(jīng)過(guò)的折射界面，因此需要精確定位。壓力室外表面共布設(shè)了99個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，呈2圈(30個(gè)/圈)3列(13個(gè)/列)。基于所建立的坐標(biāo)系，可以通過(guò)攝影測(cè)量技術(shù)，精確獲得這些點(diǎn)的三維位置并用于確定壓力室外表面的形狀和位置(需要計(jì)入標(biāo)記點(diǎn)厚度0.1mm)。結(jié)合壓力室壁的厚度，可以進(jìn)一步獲得三軸壓力室內(nèi)表面的位置。此外，為獲得試樣的變形過(guò)程，還需在試樣表面布設(shè)標(biāo)記點(diǎn)，其數(shù)目可根據(jù)體積/變形測(cè)量精度要求來(lái)適當(dāng)調(diào)整。

　　3.3橡皮膜體積測(cè)定

　　三軸試驗(yàn)過(guò)程中，試樣表面包裹了一層厚度約為0.3mm橡皮膜。因此，試樣的絕對(duì)體積測(cè)量需要扣除包裹在試樣外側(cè)的橡皮膜體積。橡皮膜的體積可以通過(guò)量筒測(cè)得。以非飽和粉土三軸試驗(yàn)所用的橡皮膜為例，其體積為12.70cm3。具體測(cè)量過(guò)程為：在500ml的量筒中加入適量水，測(cè)出懸掛在橡皮膜末端的鐵塊體積，然后將橡皮膜沿徑向折疊后捆綁鐵塊，垂直放入量筒，待橡皮膜浸泡一段時(shí)間且無(wú)明顯氣泡后，記錄讀數(shù)并比較得出橡皮膜體積。橡皮膜包裹試樣部分的高度與總高度的比值為0.60，因此可計(jì)算得到包裹試樣部分的橡皮膜體積為7.62cm3。

　　此外，三軸試驗(yàn)過(guò)程中施加了不同的圍壓，不同圍壓作用下，橡皮膜的體積也會(huì)相應(yīng)變化。因此，試樣絕對(duì)精度的計(jì)算還需考慮橡皮膜在不同圍壓下的體積變化。橡皮膜彈性模為1.3MPa[23]，泊松比為0.48，可以求得體積模量為10.83MPa。根據(jù)包裹試樣部分橡皮膜的初始體積并結(jié)合體積模量，計(jì)算得出不同圍壓下包裹試樣部分橡皮膜的體積變化。

　　3.4鋼柱試驗(yàn)方法

　　鋼柱體積在室溫變化不大的條件下近似恒定。試驗(yàn)前通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)量了鋼柱的尺寸并計(jì)算得到了其絕對(duì)體積。試驗(yàn)開始前，需對(duì)相機(jī)進(jìn)行校核來(lái)消除相機(jī)鏡頭畸變所帶來(lái)的誤差，校核結(jié)果列于表2中。理想化后的參數(shù)將用于光線追蹤過(guò)程所需要的光線構(gòu)建(詳細(xì)過(guò)程參見Zhang等[19])。

　　為測(cè)定鋼柱表面的三維位置，鋼柱表面布設(shè)了一層打印在厚度為0.1mm塑料紙上的標(biāo)記點(diǎn)，如圖2b所示(共204個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，17個(gè)點(diǎn)/圈×12圈)。具體試驗(yàn)過(guò)程為：(1)將鋼柱放置在底座中心的基座上，鋼柱頂部放置試樣帽。(2)對(duì)鋼柱進(jìn)行不同角度的照片拍攝;(3)安裝三軸壓力室外罩并注入水;(4)對(duì)三軸壓力室(此時(shí)內(nèi)部有鋼柱)進(jìn)行不同角度的照片拍攝;(5)排出水并拆除壓力室。之后分別分析所拍攝的兩組照片，重建鋼柱的三維模型并計(jì)算其絕對(duì)體積。

　　3.5飽和砂土和非飽和粉土試驗(yàn)方法

　　用于包裹飽和砂土的橡皮膜表面有252個(gè)(21個(gè)點(diǎn)/圈×12圈)標(biāo)記點(diǎn)，砂土飽和后(B值為0.98)在圍壓為50kPa條件下勻速剪切(剪切速率為1mm/min)直到軸向位移為20mm。在軸向位移分別為0,2,4,6,8,10,13,16,和20mm時(shí)，根據(jù)排水法記錄了試樣的體積變化并進(jìn)行了照片拍攝。此外，還開展了非飽和粉土的三軸試驗(yàn)，試驗(yàn)前將事先制備好的試樣套上印有1519個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的橡皮膜后安裝于三軸壓力室底座。試驗(yàn)時(shí)的剪切速率設(shè)為0.8mm/min。在5kPa、20kPa和60kPa不同凈圍壓水平下，分別對(duì)三個(gè)非飽和粉土試樣在不排水條件下進(jìn)行了三軸剪切試驗(yàn)(剪切前沒有對(duì)試樣進(jìn)行飽和)。在試驗(yàn)過(guò)程中的不同時(shí)刻進(jìn)行了絕對(duì)體積測(cè)量所需的照片拍攝。

　　4試驗(yàn)結(jié)果

　　本文所提出的絕對(duì)體積測(cè)量方法涉及到的系統(tǒng)參數(shù)(用于光線追蹤)有：空氣折射率(取值為1.001)，壓力室折射率(1.496)，水的折射率(1.336)，和壓力室壁厚(10.60mm)。系統(tǒng)參數(shù)的取值采用了Li等[22]提出的方法�；�于所拍攝的照片可通過(guò)攝影測(cè)量技術(shù)分析得到照片拍攝時(shí)的相機(jī)方位(包括位置和轉(zhuǎn)角)，三軸壓力室表面標(biāo)記點(diǎn)的三維位置，和試樣表面標(biāo)記點(diǎn)的像素位置�；�于這些信息(即系統(tǒng)參數(shù)和攝影測(cè)量分析結(jié)果)并結(jié)合GeoTri3D軟件，可分析得到試樣表面點(diǎn)云的三維位置并通過(guò)對(duì)點(diǎn)云后處理(即三角網(wǎng)格劃分、端部截?cái)�、插值、體積計(jì)算、應(yīng)變計(jì)算)來(lái)進(jìn)一步得到試樣的絕對(duì)體積和全局變形。

　　4.1鋼柱試驗(yàn)結(jié)果分析

　　鋼柱位于空氣中所拍攝的照片可直接通過(guò)攝影測(cè)量軟件分析得出所有位于鋼柱表面標(biāo)記點(diǎn)在真實(shí)坐標(biāo)系中的三維位置。在GeoTri3D軟件中，對(duì)鋼柱位于三軸壓力室內(nèi)所拍攝的照片進(jìn)行分析所獲得的鋼柱表面標(biāo)記點(diǎn)云的三維位置。其中半透明綠色圓筒是通過(guò)三軸壓力室表面標(biāo)記點(diǎn)三維位置擬合得到的三軸壓力室外表面和結(jié)合壓力室壁厚得到的三軸壓力室內(nèi)表面;紅色點(diǎn)云是測(cè)量得到的位于鋼柱表面的標(biāo)記點(diǎn)位置;光線路徑展示的是其中一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的測(cè)量光路圖。該點(diǎn)的測(cè)量具體涉及到了來(lái)自于不同相機(jī)位置的八條光線。

　　顯示的光線看似粗細(xì)不一，這是由于粗的光線是由多條光線疊加造成的。光線在到達(dá)三軸壓力室外壁和內(nèi)壁的時(shí)候均發(fā)生了折射，并最終到達(dá)鋼柱表面。GeoTri3D軟件輔助實(shí)現(xiàn)了每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)測(cè)量過(guò)程的數(shù)字化和測(cè)量過(guò)程的有“跡”可循。

　　5測(cè)量誤差討論

　　本文所提出的是一種三軸試樣絕對(duì)體積的測(cè)量方法(非具體的測(cè)量裝置/設(shè)備)。理論方法本身沒有誤差。例如，可以通過(guò)測(cè)量高度和直徑的方法來(lái)獲得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的體積，該方法本身沒有誤差。但是，具體到實(shí)際的圓柱體高度和直徑測(cè)量時(shí)，所選用的裝置/設(shè)備(即直尺、卷尺、游標(biāo)卡尺等)以及測(cè)量人員均會(huì)造成一定的誤差。這些誤差并非方法本身的誤差。

　　同樣，本文所提出的是一種三軸試樣絕對(duì)體積的測(cè)量方法(即根據(jù)試樣的頂面和底面、試樣表面點(diǎn)云、橡皮膜體積、來(lái)計(jì)算試樣的絕對(duì)體積)。鋼柱驗(yàn)證試驗(yàn)所得到的絕對(duì)體積測(cè)量誤差(0.08%)是在使用了所提及的相機(jī)以及三軸壓力室的情況下得到的。如果采用不同的相機(jī)，不同的三軸壓力室，標(biāo)記點(diǎn)的測(cè)量誤差也會(huì)有所差異(這與Li等[19,21-22]的研究發(fā)現(xiàn)一致)，相應(yīng)的絕對(duì)體積測(cè)量誤差也會(huì)不一樣。因此，本文中所得出的絕對(duì)測(cè)量誤差僅代表在使用了文中所提及的相機(jī)和三軸壓力室等條件下的測(cè)量誤差。

　　測(cè)繪工程師論文：測(cè)繪新技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用研究

　　6結(jié)論

　　本文基于攝影測(cè)量原理，提出了一個(gè)三軸試樣絕對(duì)體積測(cè)量新方法。通過(guò)鋼柱、飽和砂土、和非飽和粉土的三軸試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性并評(píng)價(jià)了具體測(cè)量誤差，主要結(jié)論如下：

　　(1)基于攝影測(cè)量的初步分析結(jié)果(照片拍攝時(shí)的相機(jī)方位、壓力室表面標(biāo)記點(diǎn)位置、三軸試樣表面標(biāo)記點(diǎn)云的像素位置)，可通過(guò)配套的GeoTri3D軟件測(cè)量得到三軸試樣表面標(biāo)記點(diǎn)云的三維位置;在軟件中對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格劃分、端部截?cái)�、和插值并結(jié)合橡皮膜的體積可進(jìn)一步計(jì)算出試樣在三軸試驗(yàn)過(guò)程中不同時(shí)刻的絕對(duì)體積。

　　(2)鋼柱試驗(yàn)和飽和砂土三軸試驗(yàn)結(jié)果表明所提出方法能夠?qū)崿F(xiàn)試樣絕對(duì)體積的精確測(cè)量。該測(cè)量方法是首個(gè)在不對(duì)試樣形狀和變形特性做任何假設(shè)條件下，能夠精確測(cè)量試樣在三軸試驗(yàn)過(guò)程中任意時(shí)刻絕對(duì)體積的方法。

　　(3)本文所提出的體積測(cè)量方法與土的種類以及土體是否飽和無(wú)關(guān)。粉土的三軸試驗(yàn)結(jié)果表明，除飽和土外，所提出的方法也適用于非飽和土在三軸試驗(yàn)過(guò)程中的絕對(duì)體積測(cè)量。此外，還可根據(jù)點(diǎn)云測(cè)量結(jié)果結(jié)合GeoTri3D軟件進(jìn)一步分析得到的試樣在三軸試驗(yàn)過(guò)程中的三維全局變形云圖。云圖真實(shí)再現(xiàn)了土樣的變形和剪切帶演化過(guò)程。全局變形量測(cè)能力為更全面深入評(píng)價(jià)土的變形不均勻性、各向異性、端部效應(yīng)、強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變特性等提供了新的工具。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]JiE,ZhuJ,ChenS,JinW.Analyticalsolutionandexperimentalstudyofmembranepenetrationintriaxialtest[J].GeomechanicsandEngineering,2017,13(6):1027-1044.

　　[2]BishopAW.TheExperimentalStudyofPartlySaturatedSoilintheTriaxialApparatus[J].Proc.5thInt.Conf.SoilMech.Found.Eng.,Paris,1961,1961,1:13-21.

　　[3]RomeroE,FacioJA,LloretA,GensA,AlonsoEE.ANewSuctionandTemperatureControlledTriaxialApparatus[J].Proceedingsofthe14thInternationalConferenceonSoilMechanicsandFoundationEngineeringHamburg,Germany,September6-12,1997,1:185-188

　　作者：蔡陽(yáng)1，李林1，路毅1

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jjlw/27521.html