岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (9): 2525-2534.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0091

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

岩土工程相似模拟试验观测的可靠 子区数字图像相关方法

董伟1,王学滨1, 2   

  1. 1. 辽宁工程技术大学 力学与工程学院,辽宁 阜新 123000;2. 辽宁工程技术大学 计算力学研究所,辽宁 阜新 123000
  • 收稿日期:2021-01-13 修回日期:2021-05-08 出版日期:2021-09-10 发布日期:2021-08-30
  • 通讯作者: 王学滨,男,1975年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土材料的变形、破坏及稳定性研究。E-mail: wxbbb@263.net
  • 作者简介:董伟,男,1990年生,博士研究生,主要从事岩土材料变形破坏的光测力学实验研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.51874162)

A reliable-subset DIC method for deformation measurements in similarity simulation experiments of geotechnical engineering

DONG Wei1, WANG Xue-bin1, 2   

  1. 1. College of Mechanics and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 12300, China; 2. Institute of Computational Mechanics, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 12300, China
  • Received:2021-01-13 Revised:2021-05-08 Online:2021-09-10 Published:2021-08-30
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51874162).

摘要: 在岩土工程相似模拟试验过程中,相似模型表面会出现裂纹和颗粒脱落,开采区域与模型表面的贯通处会形成无效区域。在测量这些情形下的变形时,传统数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)方法会存在一定的局限性。为了提高DIC方法对于相似模拟试验过程观测的适用性,基于图像特征匹配算法提出了可靠子区DIC方法。在提出方法中,首先,通过对变形前后图像进行特征匹配以选择可靠子区;然后,通过相关运算获得可靠子区的变形参数;最后,通过对测点周围一定区域内的可靠子区中心点的位移进行最小一乘拟合获得测点的变形参数。利用提出的方法观测了采动诱发断层滑移相似模拟试验过程,并将观测结果与传统方法的进行了对比。结果表明:与传统方法相比,利用提出方法能准确地识别出裂纹和无效区域,并能获得这些区域附近更加完整的位移;提出的方法对模型表面的颗粒脱落有较强的稳定性。

关键词: 岩土工程, 相似模拟试验, DIC方法, 特征匹配, 最小一乘拟合, 断层

Abstract: During similar simulation experiments in geotechnical engineering, cracks and speckles falling off appear on the surface of the equivalent material model, and invalid areas will form at the excavation zones and model surface penetrations. However, the traditional digital image correlation (DIC) method had some limitations in these cases. To improve the applicability of the DIC method in similarity simulation experiments, a novel method was proposed based on the image feature matching algorithm. In the proposed method, firstly, reliable subsets were selected by feature matching of images before and after deformation; secondly, deformation parameters of reliable subsets were obtained by correlation operation; finally, deformation parameters of monitored points were determined by the least absolute deviation fitting of displacements of reliable subset center points in certain areas around the monitored points. To validate the proposed method, deformations of the similar simulation experiment of mining-induced fault slip were measured using the proposed method, and the results were compared with those of the traditional method. Results show that cracks and invalid areas can be accurately identified by the proposed method, and displacements measured by the proposed method are more complete than those by the traditional DIC method in the vicinity of these areas. The proposed method has strong stability for speckles falling off on the surface of the model.

Key words: geotechnical engineering, similar simulation experiment, DIC method, feature matching, least absolute deviation fitting, fault

中图分类号: 

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