巖石力學(xué)試驗是通過室內(nèi)模擬試驗對不同的巖石在壓縮條件下的力學(xué)性質(zhì)及破壞特點等開展的學(xué)術(shù)研究。它是巖石力學(xué)性質(zhì)研究中最基本也是最主要的手段，已被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)，指導(dǎo)工程結(jié)構(gòu)的施工和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強化設(shè)計。

新拓三維XTDIC非接觸式三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，可以直接測量巖體表面的力學(xué)行為，通過DIC測量巖土表面位移、應(yīng)變特性來檢測巖體受外力情況下失效形式、失效位置、面積和發(fā)展趨勢，為工程建筑的材料和結(jié)構(gòu)安全評估提供一種可靠科研工具，廣泛應(yīng)用在巖土三軸壓縮測試，巖土劈裂測試、邊坡振動試驗、3D打印混凝土材料和結(jié)構(gòu)測試、再生混凝土結(jié)構(gòu)測試、建筑工程材料測試等領(lǐng)域。

DIC測量技術(shù)用于巖石力學(xué)測試

傳統(tǒng)的接觸式二維測量方案，無法確定物體表面上點的三維空間位置，對于具有曲率的巖石力學(xué)測試，以及發(fā)生離面位移的測試，二維測量方案在巖石力學(xué)測試中具有諸多限制。

基于數(shù)字散斑匹配技術(shù)，DIC技術(shù)的三維測量廣泛應(yīng)用于巖石力學(xué)測試中，打破了傳統(tǒng)接觸式變形測量的局限。DIC技術(shù)通過對巖石表面散斑圖像的采集，可以對巖石全場變形、局部變形、剪切帶演化過程等進行分析，對于巖石力學(xué)的發(fā)展和完善具有重要推動作用。

新拓三維XTDIC三維光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于建筑工程材料測試，巖石壓縮測試、巖石劈裂測試、巖石裂紋擴展測試等，獲取巖石破壞演化過程的應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)，為土木工程結(jié)構(gòu)安全評估提供數(shù)據(jù)支撐。

巖石壓縮應(yīng)變測量

采用XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，搭配高速相機，以5000幀的非接觸采集頻率方式監(jiān)測圓柱體巖石樣本，同時進行壓縮實驗。在加載過程中，采用黑白點陣跟蹤樣本的變形。XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)用于不同載荷條件下巖石損害過程的圖像處理、可視化和分析。

1、圓柱體巖石破壞過程分析

巖石材料在壓縮破壞過程中，測量分析其損傷應(yīng)變場分布，壓縮過程中其表面損傷應(yīng)變較大的區(qū)域萌生出微裂紋，并且最終擴展成宏觀主裂紋，其表面損傷應(yīng)變較大的區(qū)域出現(xiàn)失穩(wěn)，損傷應(yīng)變場可用于分析巖石材料的損傷演化行為。

1）巖石壓縮加載位移場

三維區(qū)域XYZ方向合位移云圖

測量位置如上圖所示，分析其表面點點之間距離變化，分析其受壓時參數(shù)如下圖：

通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，壓縮時巖石樣品豎向表面點點距離壓縮量為最大0.55mm左右，橫向向表面點點距離膨脹量為最大0.03mm左右，數(shù)據(jù)的豐富性、一致性以及精度均滿足要求。

2）巖石壓縮加載應(yīng)變場

三維區(qū)域最大主應(yīng)變云圖

左相機最大主應(yīng)變云圖投影

其中0號點最大主應(yīng)變曲線

通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，圓柱體巖石壓縮受力過程中，各項應(yīng)變包括X/Y/Z方向最大主應(yīng)變，趨勢明顯，通過色譜圖清晰呈現(xiàn)最大應(yīng)變區(qū)域，分析裂紋生長趨勢以及具體數(shù)值。

2、巖石力學(xué)-巴西劈裂分析

巖石巴西劈裂測試中，垂直壓力-位移曲線可分為壓實階段、彈性階段、裂紋擴展階段和峰后跌落階段，XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)搭配高速相機，采集頻率54000幀/s，可生成的載荷下定量全場應(yīng)變圖（拉伸、壓縮和剪切），展示整個損害過程和應(yīng)變演化過程。

1）位移場

三維區(qū)域合位移云圖

左相機分析點點距離三維合位移投影圖

點點距離相對變化曲線

通過XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)軟件輸出數(shù)據(jù)，可分析巖石巴西劈裂過程中位移場的變化，以及裂紋寬度變化曲線。

2）應(yīng)變云圖

通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，巖石材料壓縮過程中各項應(yīng)變包括X/Y方向最大主應(yīng)變，裂紋變化趨勢明顯，通過色譜圖分析最大應(yīng)變區(qū)域，分析裂紋生長趨勢以及具體數(shù)值。

3、巖石劈裂二維分析

砂巖劈裂實驗，有助于研究損傷演化，巖體工程的穩(wěn)定性評價。新拓三維XTDIC系統(tǒng)可測試巖石劈裂至破壞過程的全場應(yīng)變，分析巖石樣件的劈裂強度，劈裂破壞的演變過程，更科學(xué)地研究砂巖劈裂的損傷演化機制。

1）位移場

三維區(qū)域合位移云圖

左相機分析點點距離三維合位移投影圖

點點距離相對變化曲線（每時刻長度減去原始長度）

通過XTDIC軟件輸出的數(shù)據(jù)，可以分析巖石劈裂過程中位移場的變化，以及裂紋寬度變化曲線。

2）應(yīng)變云圖

DIC三維區(qū)域最大主應(yīng)變云圖&DIC測量左相機應(yīng)變云圖投影

通過XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，可以全場測量物體表面三維形貌位移應(yīng)變，能滿足巖石力學(xué)試驗非接觸式、可視化變形測量的需求，發(fā)現(xiàn)巖石變形的不均勻性和應(yīng)變局部化現(xiàn)象，且與應(yīng)變片測量數(shù)據(jù)吻合度好，這表明XTDIC系統(tǒng)對巖石力學(xué)變形測量更具優(yōu)越性，為巖石力學(xué)試驗研究提供一種新的、便捷的測試方案。