高速DIC为什么适合研究岩体蠕变和失稳前兆？

岩石蠕变试验中，一个容易被忽视的问题是：传统位移传感器能够测量整体变形，但岩样真正进入破坏前，往往首先出现的是局部变形不均匀和空间变形失配。

这正是数字图像相关DIC技术具有优势的地方。

中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室研究团队针对不同初始损伤条件下的软硬互层岩体开展分级蠕变试验，同时采用声发射和千眼狼（Revealer）高速DIC系统进行监测。

高速DIC在这类实验中具体测什么？

系统首先利用高速摄像机连续采集岩样表面的散斑图像，再通过数字图像相关算法计算不同时刻的表面位移场。

实验沿试样轴向划分Z1—Z5五个区域，分别计算各区域最大轴向位移。这样就可以比较：

●哪个区域首先出现异常变形；

●不同区域是否同步变形；

●局部变形差异是否随蠕变持续扩大；

●临近破坏时是否存在可重复识别的变形特征。

图1-千眼狼(Revealer)高速DIC系统测量软硬互层岩样表面变形场，并沿轴向设置Z1—Z5五个位移监测区域，用于分析蠕变过程中的局部非均匀变形

实验发现了什么？

实验发现不同区域的变形并不是始终同步。蠕变初期，各区域位移差异较小；随着蠕变持续，不同位置的位移逐渐分化，表明岩样表面变形的空间非均匀性不断增强。

高速DIC系统获得的核心信息是把一个整体变形量扩展为随时间变化的二维空间变形场。

图2-千眼狼(Revealer)高速DIC系统测得软硬互层岩体Z1—Z5监测区域最大轴向位移随蠕变时间演化，不同区域位移逐渐分化，反映表面非均匀变形的发展

能不能进一步判断岩石什么时候接近破坏？

研究进一步利用不同区域最大轴向位移建立了“变形差异系数”。该参数表现出三个明显阶段。前期不同区域基本同步；中期区域变形逐渐出现分化；进入临破坏阶段后，部分区域变形明显加速，变形差异系数由下降重新转为上升。

结合声发射数据分析，这一阶段同时伴随着内部裂纹活动增强和裂纹逐渐贯通。因此，变形差异系数由下降转为上升的转折，可以作为一种值得关注的表面变形前兆信息。

图3-千眼狼(Revealer)高速DIC表征变质砂岩MR、千枚岩PR及软硬互层岩体IR不同区域最大轴向位移关系和变形差异系数三阶段演化，Stage II向Stage III转折对应局部裂纹贯通及岩样临近宏观失稳

为什么还需要声发射？

DIC和AE监测的不是同一个物理量。

AE主要反映岩体内部微裂纹活动；高速DIC反映这些内部损伤最终表现到试样表面的变形响应。二者结合，可建立：内部裂纹活动→表面局部变形→区域变形失配→宏观破坏完整的证据链。

高速摄像机在其中是什么角色？

千眼狼(Revealer)高速DIC系统中，高速摄像机属于图像采集单元。本实验采用1280×1024 pixel图像、40 Hz采集频率获得连续散斑序列，再由DIC算法计算表面位移。

因此，高速摄像机解决“连续获取高质量图像”的问题，高速DIC解决“从图像中得到全场变形数据”的问题。

对于岩体蠕变、裂纹扩展、冲击破坏以及其他具有显著空间非均匀性的岩石力学实验，这种非接触全场测量具有较明确的应用价值。