高速摄像机与数字图像相关DIC技术结合：边坡位移震动裂隙损伤分析

       大型工程抗震防灾能力直接关系到工程安全以及周边环境和人员的安全。在西南部区域强震区，大型工程岩土边坡的地震稳定性问题日趋突出。边坡动力响应规律和破坏机制的研究作为边坡动力稳定分析的基础，是重要的先决条件。

       在地震加载的作用下，边坡会发生位移、震动，产生裂隙并逐渐损伤，最终可能导致滑坡等地质灾害的发生。传统的边坡监测方法存在一定局限性，难以全面、准确地获取边坡的动态变化信息。

高速摄像机与数字图像相关（DIC）技术的结合，为边坡监测与分析提供了新的途径，能够实现对边坡变形和损伤的非接触式、全场测量，对于深入理解边坡失稳机制、提高边坡稳定性评价的准确性具有重要意义。

研究区地理位置和地形特征剖面图

       高速DIC技术研究内容

       地震作用下的边坡动力响应机制和稳定性的研究，采用物理模型试验方法中的大型振动台模型试验，模拟地震波直接作用于边坡的整个过程。

       采用新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，直接控制两台高速摄像机采集图像，对模型边坡的破坏过程进行观测。振动台模型试验以其试验规模较大、可实时再现震害现象和可操作性强等优势，被认为是目前探寻边坡震害机理最理想的研究手段。

       振动台试验

       振动台最大负载为4.0×104 kg，满载水平向和竖向加速度分别为1.5 g 和 1.0 g，满载峰值水平速度为 1.5 m/s、竖向速度为 1.2 m/s，最大水平位移和竖向位移分别为 300 mm和150 mm。

       试验选取汶川地震中近断层卧龙台站记录的强震东西向（E⁃W）分量，作为振动台台面输入的动力荷载，试验激振加载方向为水平 X 向，输入的 X方向地震波可以看作是水平剪切波。

振动台系统

坡体模型

       试验工况加载过程中，通过高清摄像机实时记录边坡模型的响应状态 。 基于光学测量技术的新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统追踪地震荷载作用下边坡的位移。

       新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统搭配的两台高速摄像机，采集物体变形各阶段的实时图像。通过对坡面标记点的准确识别，实现标记点的立体匹配，利用编码标记点重建表面点的三维坐标和位移，计算边坡在多期地震作用下的变形过程。

试验方案和DIC监测方案图

       高速DIC试验结果和分析

       加速度放大效应分析

       地震惯性力是导致边坡变形失稳的重要原因，研究加速度的变化规律是评价边坡动力响应的基本指标。

另外，不同的坡面形态影响地震波在坡内的传播规律，进而产生不同的地震动响应。分析表明，均匀平台宽度的边坡具有较强抵御地震破坏的能力。

       模型破坏机理分析

       新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统内置的XTDA三维动态分析软件，可分析边坡随着地震波加速度增加的变形及破坏过程。将破坏现象分为浅层蠕滑（0.1~0.4 g）、局部拉裂（0.4~0.6 g）、加 速 变 形（0.6~0.8 g）和 整 体 失 稳（0.8~1.0 g）四个发展阶段。模型试验结果显示，变形破坏模式总体表现为滑移⁃拉裂式。

       研究结论

       新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统搭配高速摄像机，对阶梯式顺层岩质边坡变形及裂缝演化进行分析，研究在不同激振幅值下边坡的震裂损伤。

       实验分析表面，均匀阶梯宽度的边坡具有较强抵御地震破坏的能力。根据边坡的震裂累积破坏过程，将破坏现象分为四个发展阶段，边坡变形破坏模式总体表现为滑移拉裂式。

       本研究将高速摄像机与 DIC 技术结合应用于边坡位移震动裂隙损伤分析，建立了一套完整的分析方法和流程。该方法能够准确获取边坡的位移、震动、裂隙和损伤信息，为边坡稳定性评价提供了可靠的数据支持。

       案例摘自：【信春雷，成都理工大学环境与土木工程学院，近断层地震动对阶梯式顺层岩质路堑边坡震裂损伤的作用机制】