【摘要】：利用三維數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(3D-DIC)觀測(cè)系統(tǒng)研究單軸壓縮狀態(tài)下帶中心圓孔花崗巖巖板的破壞全過程,得到了含孔洞巖石破壞過程中觀測(cè)面的三維全場(chǎng)位移和應(yīng)變,不僅能夠直觀地反映巖石表面裂隙的產(chǎn)生、擴(kuò)展及相互連通的演化過程,亦能夠確定裂紋的位置、形態(tài)以及擴(kuò)展方向等具體信息,還能重現(xiàn)加載過程中試樣表面的壓縮(平行荷載方向)、剝離(垂直荷載方向)、膨脹及剝落(垂直試樣表面方向)。結(jié)果表明:3D-DIC技術(shù)在巖土力學(xué)試驗(yàn)中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),巖石材料破壞過程中應(yīng)變場(chǎng)的演化能較好地反映其內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展規(guī)律。根據(jù)全場(chǎng)應(yīng)變?cè)茍D可以判斷巖石裂紋擴(kuò)展演化的情況;裂紋的演化具有強(qiáng)烈的非線性特征,在試樣接近破壞時(shí)形成的"X"型對(duì)稱變形局部化帶,最終只形成一條宏觀破壞帶,荷載方向、巖石結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的非均勻性都會(huì)對(duì)最終宏觀破裂帶的位置產(chǎn)生影響;利用3D-DIC觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行巖石變形破壞機(jī)制的研究是有效的,可為巖土介質(zhì)宏細(xì)觀變形破壞機(jī)制的研究提供重要的借鑒。
【圖文】：

鄄餉媯嘹梢醞噱奔鍬級(jí)喔雒媯囹鍆懷鲇攀剖強(qiáng)傻?到三維位移、應(yīng)變分布。以上這些特點(diǎn)都非常有利于巖石力學(xué)試驗(yàn)的觀測(cè)。本文利用3D-DIC技術(shù)對(duì)單軸壓縮狀態(tài)下帶中心圓孔的花崗巖巖板進(jìn)行變形分析，探討了含孔洞巖石破壞過程中微裂隙的產(chǎn)生及演化規(guī)律，從全新的角度加深了對(duì)含孔洞巖石形變機(jī)制的認(rèn)識(shí)。23D-DIC數(shù)字圖像變形測(cè)量原理3D-DIC技術(shù)的原理是基于三維視覺技術(shù)和數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，用三維影像相關(guān)算法來(lái)提供試件的空間形狀，全場(chǎng)位移及應(yīng)變數(shù)據(jù)。2.1三維視覺技術(shù)原理三維視覺技術(shù)需要2部相機(jī)同時(shí)拍攝試件，如圖1所示，共有4套坐標(biāo)系統(tǒng)，其中空間參考坐標(biāo)系(X,Y,Z)為2部相機(jī)共用，相機(jī)坐標(biāo)系(,,)iiixyz、圖像坐標(biāo)系(,)iix′y′和電腦像素坐標(biāo)系(,)iihv是獨(dú)立的(i=1,2)。并且，電腦像素坐標(biāo)系是基于像素的，其他3套坐標(biāo)系是普通物理坐標(biāo)系。圖1三維視覺技術(shù)原理示意圖Fig.1Schematicofstereoimagingsetup相機(jī)坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為[15][][]34411iOiiOiiiiOiXxXYyRRYZzZ××=（1）式中：(,,)iiixyz為參考坐標(biāo)系內(nèi)任意一點(diǎn)(X,Y,Z)對(duì)應(yīng)的相機(jī)坐標(biāo)系坐標(biāo)；[]iR為相機(jī)坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)張量；(,,)OiOiOiXYZ為每個(gè)相機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)iO對(duì)應(yīng)的參考坐標(biāo)系坐標(biāo)。引入ik（相機(jī)參數(shù)）使相機(jī)坐標(biāo)(,,)iiixyz在相機(jī)圖像平面內(nèi)的坐標(biāo)為(,,0)iix′y′，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為圖像坐標(biāo)(,)iix′y′：0010000iiiiiiiixkxykyzkkz′′=（2）為了將像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為普通物理坐標(biāo)系，每個(gè)相機(jī)都有一組放大系數(shù)(,)xiyiMM，電腦像素坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為00iiixiyi

驟，計(jì)算同一點(diǎn)在變形后的空間位置，則被計(jì)算點(diǎn)在變形前、后的位移便可以確定，，通過數(shù)值微分可得相應(yīng)的應(yīng)變，進(jìn)而確定整個(gè)被測(cè)物體的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)（見圖2）。圖23D-DIC變形測(cè)試原理示意圖Fig.2Schematicof3D-DICoftestprinciple2.33D-DIC觀測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介本次試驗(yàn)使用的3D-DIC觀測(cè)系統(tǒng)主要由2部GT3400相機(jī)（分辨率為3384×2074，鏡頭焦距為80mm）、照明設(shè)備、標(biāo)定設(shè)備、試驗(yàn)荷載輸入接口和3D-DIC數(shù)字圖像相關(guān)分析軟件組成。應(yīng)變測(cè)量范圍從0.01%到2000%，測(cè)量對(duì)象尺寸可以從1cm到幾米，全局應(yīng)變精度最優(yōu)可達(dá)0.005%。圖3為本次試驗(yàn)的具體布置情況。圖3試驗(yàn)布置圖Fig.3Experimentalsetup3帶圓孔花崗巖巖板單軸壓縮試驗(yàn)3.1試樣描述本試驗(yàn)所采用的巖樣為取自大崗山水電站的花崗巖，密度為2.5g/cm3，單軸抗壓強(qiáng)度為150MPa，彈性模量E=27.6GPa，泊松比v=0.23。制作成含中心圓孔的矩形巖板：其尺寸為60mm×20mm×120mm（長(zhǎng)×寬×高），圓孔直徑為10mm。3.2試驗(yàn)步驟（1）在試樣拍攝表面噴涂玻璃微珠漆，制作人工散斑。（2）將相機(jī)固定在三腳架上，根據(jù)試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)要求調(diào)整兩部相機(jī)的位置、焦距及照明設(shè)備。（3）使用標(biāo)定設(shè)備對(duì)已固定好的裝置進(jìn)行標(biāo)定。（4）以0.005mm/s的速率對(duì)試件加載，并通過荷載輸入接口將試驗(yàn)機(jī)的荷載實(shí)時(shí)錄入3D-DIC分析軟件。（5）在加載開始的同時(shí)，相機(jī)開始拍攝散斑圖。為節(jié)省存儲(chǔ)空間和優(yōu)化后處理工作量，在加載初期以較慢的速度（1幅/s）采集圖像，然后依次加快，在試樣臨近破壞時(shí)加快至10幅/s。（6）用3D-DIC分析軟件對(duì)采集到的散斑圖進(jìn)行分析，得到整個(gè)試驗(yàn)過程中試樣的位移場(chǎng)和應(yīng)變常4試驗(yàn)結(jié)果及分析以2號(hào)巖板的試驗(yàn)結(jié)果為例進(jìn)行分析。試驗(yàn)共拍攝圖片1312張（每個(gè)相機(jī)拍攝656張）
【作者單位】： 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國(guó)科學(xué)院大學(xué);山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助(No.2015CB057902,No.2015CB057906)~~
【分類號(hào)】：TU45

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本文編號(hào)：2552575