基于三维数字图像相关（DIC）全场应变测量技术的基础设施结构健康监测与安全评估方法研究

前言

作为一种非接触式的全场光学测量方法，数字图像相关DIC方法可以在实验中测得全场应变、位移、变形、形貌、振幅、振动等数据，广泛应用于煤岩土木领域中的材料力学、结构位移、微观形貌及应变分析、有限元验证等，在工程化测量中发挥着愈加重要的作用。

DIC技术在土木工程行业应用

在大规模的矿山工程、土木建筑工程、水电工程、隧道工程等基础建设中，为避免事故发生、保障施工效率，提升工程质量和可靠性，经常需要模拟实际工程中的安全问题，如岩土材料力学、混凝土的滞回曲线、采矿中的相似模拟试验等。

XTDIC三维全场应变测量系统采用非接触式测量，可精准获取全视场变形分布，在土木工程行业主要应用于土木材料力学分析、结构分析和位移动态测量、相似材料表态变形测量，方便、高效地解决煤岩土木行业中的科研测试、模拟试验问题。

XTDIC三维全场应变测量系统应用优势

非接触全场测量

采用非接触式测量方式，带来一种全新的测量手段,“所见即可测“；相比传统接触式点位式测量，具有更宽的材质适应性，可提供更全面的数据，实施过程简单高效。

强大的测量性能

位移分辨率可达纳米级、应变精度最高可达20με；应变测量范围0.002%-2000%；试样尺寸从几平方毫米到几十平方米，更大测量视野可通过定制化实现。

高精度分析

通过高精度配准、追踪、插值等算法，对传统二维和三维测量技术进行改进，可达0.01像素的位移追踪精度，实现全场和多点式测量。

数据可追溯、可评估

实时监测全过程数据，同时提供三维可视化显示效果，数据一目了然；可管理工程过程海量数据，可追溯，可评估；针对不同研究方向，可反复分析探索更多数据价值。

煤岩土木DIC试验案例精选

XTDIC三维全场应变测量系统具备极速标定、大范围、高精度的特点，能有效、快速地测量试样或模型表面的位移与应变分布，实现三维全场位移和应变分析，多点三维位移、应变、裂纹演化、失稳破坏过程与失效机理分析等功能，可用于岩土或混凝土试样的拉伸/压缩/弯曲、滞回曲线试验，模拟采矿开挖相似试验，模型的静载和动载试验等。

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巴西圆盘劈裂试验

利用高速摄像机采集劈裂试验过程，通过XTDIC三维全场应变测量系统，全视场观测岩石试样加载期间裂纹萌生、繁衍、贯通的整个过程，并能获取局部的应变和位移数据，结合试验设备的力学数据，对岩石试样的力学性能进行分析。

DIC测试系统观测岩石试样劈裂过程

劈裂位移场&关键点位移曲线

劈裂应变场&关键点应变曲线

02

混凝土梁压弯滞回曲线

滞回曲线分析混凝土梁反复受力过程中的变形特征、刚度退化及能量消耗，是确定恢复力模型和进行非线性地震反应分析的依据。XTDIC测量系统能在试验过程中实时显示裂纹的繁衍过程，并实时输出一系列关键被测点的位移数据，提供便捷有效的裂纹识别及测量方案。

03

岩土边坡振动台模型试验

采用物理模型试验，通过振动台进行振动载荷模拟，研究强震作用下反倾层状结构岩质边坡动力响应特征及破坏过程。利用XTDIC三维全场应变测量系统，可借助岩土山体表面编码点分析边坡表面的全场位移分布，为研究位移响应及失稳破坏机理提供有力数据。

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采矿相似模拟试验

采矿相似模拟试验，通过模拟深部煤矿采动过程、矿柱稳定性、顶板岩层变形破坏机理、底板岩体的破断特征、采空区充填、矿柱回收等，为现场工程施工提供技术指导。XTDIC三维全场应变测量系统可提供采动过程模拟的全场位移和变形分析，方便、快捷地获取更为直观详细的数据。

采动裂隙相似模拟试验全场位移和应变分析

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盾构掘进速度地层扰动试验

大型工程的盾构施工，由于盾构下穿土层的多样性，在实际工程中不可避免的会对土层产生扰动,从而造成隧道上方地表沉降。采用相似实验模型，使用XTDIC三维全场应变测量系统观测盾构过程模型表面位移变化，为盾构施工对地表沉降的影响研究和提前预测提供可靠数据依据。

岩土材料、混凝土梁结构、采动相似模拟试验，对于力学研究、工程安全、基建发展，都具有非常实际的应用价值。新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统可为煤岩土木行业提供非接触式测量方案，有助于研究岩土材料及结构力学性能，助力打造高效、实用、安全、可靠的现代化基础设施体系。