
格构锚固是高陡边坡滑坡灾害治理的主流支护结构,其工程设计多依赖经验公式与有限元仿真,土体-支护结构协同变形、裂纹萌生扩展、破坏演化全过程难以通过传统传感手段完整获取。
试验以1:15几何缩尺滑坡格构锚固相似模型为研究对象,采用新拓三维XTDIC三维数字图像相关(DIC)测量系统开展模型加载试验,获取边坡土体与格构锚固体系的全场三维位移场、应变场,得到坡顶坡脚位移分布规律、锚固构件变形响应以及边坡裂纹萌生、发展直至整体失稳破坏的演化全过程。

研究背景
滑坡格构锚固支护体系,依靠锚杆与格构框架协同约束岩土体,被广泛应用于滑坡防治工程。岩土体与支护结构之间变形协调、应力传递、渐进式失稳破坏机理,需物理模型试验开展验证。
位移计、应变片仅能够获得离散有限测点数据,无法捕捉边坡表面连续位移应变分布,难以定位裂纹萌生位置、追踪裂缝扩展时序,不能完整复现边坡从变形积累到失稳破坏的全过程。
数字图像相关(DIC)测量系统,无需接触被测模型,可输出加载全过程连续的位移、应变时序场,适用于边坡相似模型试验。但岩土类模型试验存在测试幅面大、景深跨度大、土体表面纹理复杂、局部光照不均等现实问题,需要针对性优化散斑制作、成像参数。

DIC测试系统
试验采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,相机分辨率1200 W,配置12 mm镜头,测试幅面可达3.5 m×2.5 m,适配大尺寸岩土模型测试需求。系统基于双目立体视觉与数字图像相关算法,可获取边坡及支护结构全场变形数据,揭示边坡渐进破坏演化规律。

试验结果与数据分析
边坡整体位移场分布
从DIC三维位移云图可以看出,在推覆荷载作用下坡体位移呈现显著分区特征:
水平前推位移:坡顶区域最大水平位移达到344.419 mm,坡脚区域水平位移最小为143.101 mm,整体表现为坡顶位移大于坡脚,位移由上向下逐步衰减。

滑坡面水平前推位移云图
上浮竖向位移:坡顶最大上浮位移176.654 mm,坡脚底部上浮位移仅2.231 mm。

边坡面上浮位移云图
提取边坡顶部、底部关键点位移时序曲线可见:随加载持续,位移呈阶梯式增长,反映土体内部裂隙逐步发育、应力重分布,每一次台阶式跃升对应边坡内部损伤的进一步发展。

边坡表面底部、顶部前推&边坡表面底部、顶部上浮位移时序曲线
格构锚固构件变形响应
提取格构锚关键测点时序位移曲线:在加载前期,格构与岩土体协同发生变形;随着荷载持续增大,土体变形持续增长,格构锚固构件随之产生相应位移,可定量反映支护结构与岩土体的变形协调关系,直观评价格构锚固体系的约束作用。

护坡格构锚关键位置测点与时序位移曲线
边坡裂纹萌生与渐进破坏演化
由全场应变云图可以清晰定位裂纹初始萌生位置,并追踪裂缝随加载逐步延伸、分叉、贯通的完整时序过程。加载初期,高应变区首先在边坡局部位置出现,对应微裂纹产生;随推覆荷载继续增加,应变集中带不断扩展、交叉连通,逐步形成贯通滑裂面,最终边坡发生整体失稳破坏。DIC应变场完整复现了边坡“微裂纹产生-裂缝扩展-滑裂面贯通-整体失稳” 的渐进式破坏全过程。

边坡裂纹萌生阶段应变云图

边坡最终破坏形态应变云图
试验基于新拓三维XTDIC三维应变测量系统完成滑坡格构锚固相似模型推覆加载试验。通过针对性优化大视场岩土模型的散斑制备与成像参数,实现边坡土体与格构锚固支护体系的非接触全场变形监测。
试验结果表明:边坡受推覆荷载作用下呈现坡顶位移大、坡脚位移小的变形分布特征;DIC 技术可以完整复现边坡从微裂纹萌生、裂缝扩展直至滑裂面贯通、整体失稳的渐进破坏全过程,同时获取格构锚固构件的时序变形,反映土-支护结构变形协调特性。
数字图像相关(DIC)测量系统能够输出丰富的全场位移、应变时序数据集,弥补传统岩土模型试验测点稀疏的短板,可为格构锚固支护机理研究、结构优化设计以及数值仿真模型标定提供重要试验支撑。
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