基于三维数字图像相关技术的脆性岩石破坏试验研究
【图文】：
鄄饷妫嘹梢酝噱奔锹级喔雒妫囹钔怀鲇攀剖强傻?到三维位移、应变分布。以上这些特点都非常有利于岩石力学试验的观测。本文利用3D-DIC技术对单轴压缩状态下带中心圆孔的花岗岩岩板进行变形分析，探讨了含孔洞岩石破坏过程中微裂隙的产生及演化规律，从全新的角度加深了对含孔洞岩石形变机制的认识。23D-DIC数字图像变形测量原理3D-DIC技术的原理是基于三维视觉技术和数字图像相关技术，用三维影像相关算法来提供试件的空间形状，全场位移及应变数据。2.1三维视觉技术原理三维视觉技术需要2部相机同时拍摄试件，如图1所示，共有4套坐标系统，其中空间参考坐标系(X,Y,Z)为2部相机共用，相机坐标系(,,)iiixyz、图像坐标系(,)iix′y′和电脑像素坐标系(,)iihv是独立的(i=1,2)。并且，电脑像素坐标系是基于像素的，其他3套坐标系是普通物理坐标系。图1三维视觉技术原理示意图Fig.1Schematicofstereoimagingsetup相机坐标系与参考坐标系的转换关系为[15][][]34411iOiiOiiiiOiXxXYyRRYZzZ××=（1）式中：(,,)iiixyz为参考坐标系内任意一点(X,Y,Z)对应的相机坐标系坐标；[]iR为相机坐标系与参考坐标系之间的旋转张量；(,,)OiOiOiXYZ为每个相机坐标系的原点iO对应的参考坐标系坐标。引入ik（相机参数）使相机坐标(,,)iiixyz在相机图像平面内的坐标为(,,0)iix′y′，进而转换为图像坐标(,)iix′y′：0010000iiiiiiiixkxykyzkkz′′=（2）为了将像素坐标系转换为普通物理坐标系，每个相机都有一组放大系数(,)xiyiMM，电脑像素坐标系与图像坐标系之间的转换关系为00iiixiyi
骤，计算同一点在变形后的空间位置，则被计算点在变形前、后的位移便可以确定，，通过数值微分可得相应的应变，进而确定整个被测物体的位移场和应变场（见图2）。图23D-DIC变形测试原理示意图Fig.2Schematicof3D-DICoftestprinciple2.33D-DIC观测系统简介本次试验使用的3D-DIC观测系统主要由2部GT3400相机（分辨率为3384×2074，镜头焦距为80mm）、照明设备、标定设备、试验荷载输入接口和3D-DIC数字图像相关分析软件组成。应变测量范围从0.01%到2000%，测量对象尺寸可以从1cm到几米，全局应变精度最优可达0.005%。图3为本次试验的具体布置情况。图3试验布置图Fig.3Experimentalsetup3带圆孔花岗岩岩板单轴压缩试验3.1试样描述本试验所采用的岩样为取自大岗山水电站的花岗岩，密度为2.5g/cm3，单轴抗压强度为150MPa，弹性模量E=27.6GPa，泊松比v=0.23。制作成含中心圆孔的矩形岩板：其尺寸为60mm×20mm×120mm（长×宽×高），圆孔直径为10mm。3.2试验步骤（1）在试样拍摄表面喷涂玻璃微珠漆，制作人工散斑。（2）将相机固定在三脚架上，根据试验环境和试验要求调整两部相机的位置、焦距及照明设备。（3）使用标定设备对已固定好的装置进行标定。（4）以0.005mm/s的速率对试件加载，并通过荷载输入接口将试验机的荷载实时录入3D-DIC分析软件。（5）在加载开始的同时，相机开始拍摄散斑图。为节省存储空间和优化后处理工作量，在加载初期以较慢的速度（1幅/s）采集图像，然后依次加快，在试样临近破坏时加快至10幅/s。（6）用3D-DIC分析软件对采集到的散斑图进行分析，得到整个试验过程中试样的位移场和应变常4试验结果及分析以2号岩板的试验结果为例进行分析。试验共拍摄图片1312张（每个相机拍摄656张）
【作者单位】： 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室;中国科学院大学;山东大学岩土与结构工程研究中心;
【基金】：国家重点基础研究发展计划资助(No.2015CB057902,No.2015CB057906)~~
【分类号】：TU45
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