DIC技术在沙土边坡降雨模型变形监测试验中的应用

DIC技术在土木工程领域的应用非常广泛，对结构健康监测（SHM）和状态评估需求巨大，DIC提供非接触、全场、高精度的变形监测手段。科研机构、高校、工程公司利用DIC技术可进行更精细的材料本构关系研究、复杂结构试验（如抗震、抗风、抗冲击）、节点性能分析等。

另外，相比传统点式传感器（应变片、LVDT），DIC提供更全面的信息，特别适合检测裂缝、局部屈曲、损伤演化等。随着DIC技术成熟，其在材料测试（如混凝土、复合材料、土工织物）、构件试验的标准中逐渐被认可和纳入。

01边坡位移为何需要预测研究？

滑坡灾害在工程中频繁发生，在滑坡灾害孕育过程中受多种因素的影响，导致边坡位移的精准预测极为困难。

由于不同类型边坡的变形破坏模式各不相同，变形破坏模式多样，需要全面监测。科研人员选择采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，对沙土边坡模型进行“受力变形机理研究”。

沙土边坡变形预测模型

02工程痛点：室内缩尺实验的“测不准”困局

在边坡地质灾害研究中，物理相似模型试验是揭示失稳机理的核心手段，却长期受制于监测技术瓶颈：

▸ 接触式传感器扰动模型：传统位移计易受雨水冲刷破坏，且安装扰动斜坡原始状态

▸ 表面信息丢失：传统测量方式仅获取离散点数据，无法获取坡体内部滑移带演变

▸ 瞬态过程分析断层：人工降雨引发的渗流-变形耦合过程缺乏全场动态记录

▸ 微剪切带识别无能：毫米级初始剪切变形难以捕捉

03 DIC技术用于边坡变形测试

采用XTDIC三维全场应变测量系统，测试分析降雨过程中土壤边坡模型全场位移。

全域非接触测量

→ 避免传感器埋设扰动模型原始结构

三维变形场构建

→ 同步输出X/Y/Z三向位移+时间序列演化

内部滑移面可视化

→ 通过透明观测窗捕捉潜在滑裂带形成过程

微应变精准识别

→ 分辨30με（微应变）量级的土体剪切变形

多物理场耦合分析

→ 融合孔隙水压数据建立渗流-变形关联模型

DIC三维全场应变测量解决方案

• 快速捕捉大型结构的全场位移与全场应
• 非接触式、实时跟踪沙土边坡模型表面运动
• 捕捉毫米级到微米级的动态位移与应变分布

大视场光源进行补充照明

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。

XTDIC三维全场应变测量系统在沙土边坡变形测试中的应用，实现了全场变形分析：

• 静态与动态测试的全流程光学监测
• 全视场、更高精度的位移/应变分布分析
• 大幅减少传感器布设和维护成本

边坡变形机制研究——科技助力工程安全

在沙土边坡模型表面，采用活性炭颗粒与沙土混合制作散斑。采用XTDIC三维全场应变测量系统，采集在降雨过程中沙土边坡模型表面图像序列。

通过DIC软件进行图像匹配，计算沙土边坡模型位移场与应变场。

位移场分析：显示边坡顶部出现显著水平位移，中部区域发生下沉变形。

应变场分析：主应变集中在坡顶至中部区域，应变集中区域与位移场分布高度一致。

破坏模式识别：通过变形场演化分析，识别出典型的“滑移式”破坏模式，临界破坏面呈弧形分布。