数字图像相关DIC测量技术在边坡变形相似模型研究中的应用

降雨诱发滑坡是高发的地质灾害，灾害演化受降雨入渗、岩土性质、地质构造多重因素耦合作用，失稳机理复杂。室内物理相似模型试验是揭示边坡渗流变形演化规律、识别滑坡前兆特征的重要科研手段，可为边坡支护设计、灾害风险预判提供基础试验数据。

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，依托数字图像相关（DIC）非接触光学测量技术，可完整还原边坡模型从微小形变到整体失稳的全过程演化，解决边坡缩尺模型试验的监测瓶颈，实现降雨工况下坡体全场位移、应变动态表征。

沙土边坡变形预测模型

XTDIC三维全场应变测量系统，采用双目立体视觉与数字图像相关算法，无需在边坡内部埋设传感器，对沙土边坡模型开展非接触动态监测，核心能力如下：

1、无扰动全场监测：光学非接触采集，不破坏土体原始结构；输出X/Y/Z 三向位移场、应变场的时序数据，完整覆盖整个边坡观测面。

2、微变形识别能力：可识别低至 30 με土体微剪切应变，捕捉滑坡发生前的早期变形前兆，定位潜在滑移带萌生位置。

3、过程时序可视化：连续记录降雨加载全过程，复现剪切带从萌生、发育到贯通失稳完整时序演化；配合模型透明观测窗，辅助分析土体内部滑移发展趋势。

4、多源数据融合：可同步对接孔隙水压力传感器采集数据，建立降雨渗流土体变形之间的关联关系，实现多物理场耦合分析。

沙土边坡降雨相似模型试验

试验方案

搭建沙土边坡物理相似模型，将活性炭颗粒与沙土混合，在坡体表面形成 DIC 计算所需随机散斑特征；配置人工降雨系统模拟降雨工况；XTDIC三维应变测量系统双目相机搭配补光光源，持续采集降雨全过程边坡表面图像序列，完成图像时序存储，后处理求解全场位移场、应变场。

DIC测量系统大视场光源补充照明

实验实施方式

将沙土边坡模型置于实验架上，使用XTDIC三维全场应变测量系统，采集降雨过程中边坡模型的数据信息，以进行后续数据处理工作。

试验结果与数据解读

1、位移场结果：降雨入渗作用下，边坡坡顶区域产生显著水平向位移，边坡中部发生明显沉降下沉，位移从坡顶向坡脚呈现梯度衰减分布，直观展现雨水入渗之后土体的运移特征。

2、应变场结果：最大主应变集中分布于坡顶至边坡中部，高应变集中区与位移异常区域空间位置高度重合；该区域是剪切裂隙优先萌生位置，代表滑坡风险高危区域。

3、破坏模式判定：依据全场应变、位移时序云图，识别该沙土边坡属于滑移式失稳破坏模式，临界滑动面呈现弧形形态；可以清晰观察剪切带由局部高应变点逐步发育、最后贯通形成完整滑裂面的全过程。

传统监测只能得到少数几个测点位移数值；DIC全场测量结果能够定位尚未发生宏观开裂的潜在危险区域，捕捉滑坡发生前的微变形信号，揭示 “先出现局部应变集中，后发生整体滑坡”的演化规律。

试验科研与工程价值

揭示降雨型滑坡演化机理：完整复现降雨入渗条件下边坡微应变产生、剪切带扩展、整体失稳的全过程，厘清沙土边坡滑移破坏发生发展机制，为滑坡理论研究提供量化试验依据。

捕捉滑坡早期前兆信息：依靠微应变识别能力，捕捉宏观破坏出现之前的局部变形异常，为滑坡早期识别预警研究提供试验支撑。

指导实际边坡工程设计：通过模型试验得到滑移面位置、变形集中区域，为边坡支护方案优化、抗滑结构选型提供参考数据，降低现场地质灾害风险。

优化模型试验工作效率：减少大量传感器布设、布线与后期维护工作，降低试验准备成本；全部变形结果可视化输出，数据完整可回溯，提升物理相似模型试验的数据完整性。