一、項(xiàng)目背景

滑坡具有高滑移速度和長(zhǎng)滑移距離的特點(diǎn)，滑坡災(zāi)害在高陡邊坡、隧道進(jìn)出口、公路邊坡等區(qū)域頻發(fā)，不僅造成直接經(jīng)濟(jì)損失，還可能引發(fā)次生災(zāi)害，如泥石流、交通中斷等。為有效防治滑坡災(zāi)害，格構(gòu)錨固體系因其良好的支護(hù)效果和適應(yīng)性，被廣泛應(yīng)用于邊坡治理工程中。

然而，傳統(tǒng)的格構(gòu)錨固體系設(shè)計(jì)多依賴經(jīng)驗(yàn)公式和有限元模擬，缺乏對(duì)實(shí)際變形規(guī)律的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。因此，開(kāi)展模型試驗(yàn)研究，并結(jié)合先進(jìn)的光學(xué)全場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，獲取變形場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)優(yōu)化格構(gòu)錨固體系設(shè)計(jì)具有重要意義。

新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)（Digital Image Correlation, DIC）技術(shù)，對(duì)滑坡防治格構(gòu)錨固模型進(jìn)行三維全場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)，模擬實(shí)驗(yàn)有助于深入了解滑坡的形成機(jī)理、演化過(guò)程和破壞模式，揭示地質(zhì)體在各種因素作用下的力學(xué)響應(yīng)和變形規(guī)律，豐富和完善地質(zhì)學(xué)、巖土力學(xué)等相關(guān)學(xué)科理論，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

二、滑坡災(zāi)害發(fā)生及后果

持續(xù)強(qiáng)降雨，會(huì)導(dǎo)致黃土的含水量超過(guò)其抗剪強(qiáng)度，發(fā)生瞬態(tài)滑移。滑坡具有高滑移速度和長(zhǎng)滑移距離的特點(diǎn)，往往對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施造成重大威脅，導(dǎo)致房屋損毀、道路中斷、農(nóng)田破壞等。

傳統(tǒng)治理手段存在設(shè)計(jì)依賴經(jīng)驗(yàn)、施工質(zhì)量控制難、效果不明確等問(wèn)題，亟需通過(guò)科學(xué)試驗(yàn)手段優(yōu)化支護(hù)措施。

三、滑坡模型試驗(yàn)測(cè)試目標(biāo)

• 本試驗(yàn)旨在模擬滑坡災(zāi)害發(fā)生過(guò)程；
• DIC光學(xué)測(cè)量技術(shù)評(píng)估格構(gòu)錨固體系在滑坡防治中的變形響應(yīng)；
• DIC軟件獲取邊坡表面位移場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)分布；
• DIC技術(shù)分析錨固體系的應(yīng)力分布與變形協(xié)調(diào)能力；
• DIC技術(shù)為格構(gòu)錨固體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供變形數(shù)據(jù)支持。

四、DIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量方案

數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）是一種基于圖像匹配的非接觸式全場(chǎng)變形測(cè)量方法，具有以下優(yōu)勢(shì)：

全場(chǎng)高分辨率監(jiān)測(cè)：可獲取任意位置的位移與應(yīng)變；

非接觸式：避免人為擾動(dòng)；

動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性：適用于加載、滑坡全過(guò)程；

三維重建能力：可構(gòu)建變形云圖、應(yīng)變?cè)茍D；

數(shù)據(jù)豐富：可輸出位移矢量、應(yīng)變分量、主應(yīng)變等。

五、DIC測(cè)量設(shè)備選型

工業(yè)相機(jī)：像素1200W，鏡頭12mm；

測(cè)試幅面：3.5*2.5米

測(cè)量原理：

通過(guò)在模型表面布置隨機(jī)散斑圖案，在變形前后采集圖像，利用DIC算法計(jì)算圖像匹配位移，進(jìn)而得到變形場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)。

模型對(duì)象為滑坡，因視場(chǎng)較大且兩邊有框架會(huì)遮擋補(bǔ)光，故采用毛筆點(diǎn)制散斑，斑點(diǎn)尺寸與分布密度優(yōu)化設(shè)計(jì)，在中間的混凝土結(jié)構(gòu)錨上貼幾個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，確保紋理特征可被DIC測(cè)量系統(tǒng)識(shí)別。

六、測(cè)試過(guò)程

1. 模型制備

材料：泥沙混合材料，地質(zhì)層實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乇恚?

比例：按1:15縮放；

尺寸：模型尺寸為1.5米*4米；

觀測(cè)區(qū)域：1.5米*3米

2. 儀器布置

• XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)組裝調(diào)試，標(biāo)定。將鏡頭焦距調(diào)整到前后的中間位置。確保前后區(qū)域有足夠景深能拍攝到清晰的照片。
• 加載過(guò)程：通過(guò)后端的液壓裝置前推，模擬災(zāi)害時(shí)邊坡受力。
• 調(diào)整DIC設(shè)備拍攝幀率，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。（下圖為破壞后模型）

七、測(cè)試結(jié)果與位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)數(shù)據(jù)

1. 位移場(chǎng)云圖

滑坡面前推位移圖：

坡頂區(qū)域：最大位移量344.419mm

坡腳區(qū)域：最小位移143.101mm

邊坡面上浮位移圖：

坡頂區(qū)域：最大上浮位移量176.654mm

坡腳區(qū)域：底部最小位移量2.231mm。

邊坡表面底部及頂部關(guān)鍵位置，前推及上浮位移曲線：

護(hù)坡結(jié)構(gòu)錨關(guān)鍵位置位移曲線：

邊坡裂紋產(chǎn)生位置：

邊坡最終破壞形態(tài)：

八、模型試驗(yàn)價(jià)值

本試驗(yàn)采用新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了邊坡變形的三維全場(chǎng)監(jiān)測(cè)，在現(xiàn)場(chǎng)模型前后景深比較大的情況，測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果完好，根據(jù)DIC測(cè)量數(shù)據(jù)可清晰觀測(cè)邊坡破壞的全過(guò)程及護(hù)坡結(jié)構(gòu)錨的移動(dòng)情況，為實(shí)驗(yàn)提供有效、多樣的數(shù)據(jù)支持。

科學(xué)性強(qiáng)：分析格構(gòu)錨固體系的承載機(jī)理及破壞形式、應(yīng)力傳遞規(guī)律、反力模式及協(xié)同工作機(jī)理；

工程實(shí)用：為格構(gòu)錨固體系設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了可靠依據(jù)；

方法創(chuàng)新：DIC技術(shù)在邊坡模型試驗(yàn)中的成功應(yīng)用，可推廣至其他巖土工程領(lǐng)域；

決策支持：為滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工提供數(shù)據(jù)支撐。