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环氧树脂注浆裂隙花岗岩在不同静动态加载下的断裂行为与微裂纹演化机制使用数字图像相关（DIC）系统研究。
1.实验背景
裂隙岩体稳定性控制是边坡加固与隧道工程的核心难题，注浆加固是提升此类岩体力学性能的关键手段。裂隙岩体在静动态载荷下的拉伸断裂机制及微裂纹演化规律尚缺乏对注浆后岩体变形全场演化的高时间分辨率观测。传统点式应变测量难以捕捉局部化的裂纹萌生与扩展过程中的非均匀变形与应变局部化特征，成都理工大学科研团队引入千眼狼数字图像相关（DIC）技术与AE同步监测系统，针对环氧树脂注浆裂隙花岗岩开展不同裂纹倾角下静态与动态巴西劈裂对比试验，从全场变形可视化角度解析环氧树脂注浆的增韧机理。
2.实验设备
实验设备由三个子系统组成：力学加载系统、声发射（AE）监测系统与数字图像相关（DIC）测量系统（图1）。
力学加载系统：采用多功能岩石力学试验机，用于静态位移控制加载与正弦波循环动态加载。
AE监测系统：采样频率3 MHz，阈值40 dB，用于实时捕获微裂纹萌生与扩展过程中的弹性波信号。
数字图像相关（DIC）系统：核心为千眼狼（Revealer）GR220高速摄像机，具备图像分辨率1920×1080下2000帧/秒采集能力（实验设置为1000帧/秒采集帧率），相机光轴垂直于试件表面，视场覆盖巴西圆盘试件全表面。图像采集系统与力学加载系统、AE系统通过同步触发器实现时序对齐，确保应变场与荷载、声发射事件的精确对应分析。
图1-巴西劈裂试验由力学加载系统、声发射AE监测系统与数字图像相关DIC系统构成
3.实验方法
试件制备：制备含中心裂纹的花岗岩巴西圆盘试件（CCBD）及环氧树脂注浆试件（ECBD）。
加载方案：裂纹与加载方向夹角设定为0°、30°、45°、60°与90°五种工况，分别开展静态巴西劈裂试验（SBST）与循环动态巴西劈裂试验（CBST）：SBST采用位移控制恒定速率加载（0.001 mm/s），直至试件破坏，CBST则先静态加载至目标载荷30 kN，随后切换为1 Hz正弦波循环加载，直至试件疲劳破坏。每组工况不少于3个试件。
DIC数据处理：对高速序列图像进行数字图像相关计算，基于归一化互相关准则进行子集匹配，计算获得全场水平应变、垂直应变、剪切应变，并合成最大主应变方向矢量场，通过动态追踪不同加载阶段的高应变区演化，识别微裂纹萌生位置与宏观裂纹扩展路径。
4. 实验数据解析（DIC测量部分）
4.1 宏观断裂形态的DIC验证
不同加载条件下CCBD、ECBD试件的断裂模式宏观裂纹形貌如裂纹轮廓、扩展路径由DIC系统高速成像提取（图2）。
SBST条件下，CCBD试件的宏观裂纹均从预制裂纹尖端开始，向加载点方向扩展（0°、30°、45°、60°）或从缺陷侧壁中心向加载点扩展（90°）。而ECBD试件在SBST与CBST条件下均表现出与CCBD试件明显不同的断裂特征：在0°、60°、90°时，宏观裂纹方向与加载轴线高度一致，接近完整的岩石劈裂形态；在30°时，裂纹沿环氧树脂与花岗岩界面绕行而非贯穿注浆体；在45° 的CBST条件下，裂纹穿透注浆体向加载点延伸，而SBST下裂纹则沿加载轴线分布。
DIC系统捕捉的上述差异表明，环氧树脂注浆使裂隙花岗岩的宏观断裂行为由“缺陷控制型”转变为“荷载控制型”，断裂路径的主导因素从预制裂纹几何转向外加应力场。
图2-不同加载条件下CCBD与ECBD试件的宏观断裂模式对比，DIC高清成像还原裂纹起裂位置、扩展路径、贯通形态及断裂特征
4.2 高应变区演化的DIC全场追踪
DIC系统计算获得的最大主应变场揭示了注浆前后不同的应变局部化演化规律（图3）。
CCBD试件，峰值荷载前的高应变区已出现在预制裂纹尖端（0°、30°、45°、60°）或缺陷两侧（90°），且该高应变区的位置与形态在峰值荷载前后基本保持不变，仅强度增加，表明未注浆试件的破坏源区在加载早期已由缺陷几何决定，后续加载过程仅为该局部区域的损伤累积直至贯通。
ECBD试件，峰值荷载前的高应变区同样出现在缺陷附近，但在峰值荷载后的破坏阶段，高应变区发生了空间迁移，在30°、45°、60°工况下，高应变区从缺陷尖端位置转移至试件中心沿加载轴线的带状区域，说明环氧树脂注浆体具有足够高的强度，并在加载过程中承担了部分应力，有效抑制了缺陷尖端的早期张拉裂纹萌生。
DIC系统的全场观测为此机制提供了直接的可视化证据。
图3- 基于DIC计算得到的不同倾角试件峰值荷载前、峰值荷载后全场应变云图，表征高应变区萌生位置、迁移规律与应变局部化特征，对比注浆前后应变场分布差异
4.3 主应变矢量场的注浆效应量化
DIC系统计算提取的主应变矢量场（图4）进一步量化了环氧树脂注浆的变形抑制作用。
0°工况下，CCBD试件的主应变矢量方向与加载方向垂直，与理论劈裂应力状态一致，且主应变幅值在缺陷尖端显著增大。ECBD试件开裂前的主应变矢量长度明显小于CCBD试件，表明注浆有效约束了缺陷附近的局部变形，降低了应变集中程度。
45°工况下，CCBD试件的主应变方向出现偏转，显示张拉与剪切的复合变形特征，与AE分析中剪切裂纹比例的升高一致；ECBD试件开裂后主应变矢量场分布形态趋近完整花岗岩试件，矢量方向从初始的复杂分布收敛为沿理论张拉方向的统一取向，变形协调性大幅提升。
DIC系统主应变矢量表征能力，可从力学层面区分张拉裂纹与剪切裂纹发育机制，解释30°倾角工况下剪切滑移占比提升、张拉开裂被抑制的内在机理。定量数据显示，ECBD试件在相同荷载水平下的最大主应变值较CCBD试件降低约30%–45%。
图4- DIC求解获得的花岗岩试件开裂前后主应变矢量场，通过主拉、主压应变矢量方向与大小，揭示不同倾角下张拉、剪切变形主导机制及注浆对变形矢量演化的调控作用
5. 实验结论
本研究将数字图像相关（DIC）技术作为核心观测手段，系统对比了环氧树脂注浆前后含中心裂纹花岗岩在不同加载角度与静动荷载条件下的断裂行为，结论如下：
I. DIC系统的全场多维度表征能力是裂隙岩体注浆断裂机制研究的核心技术支撑。凭借非接触、全场域、高时空分辨率的光学监测优势，DIC可精准捕获裂纹起裂扩展路径、全场应变时空演化、高应变区迁移等现象。是边坡、隧道裂隙岩体注浆加固效果定量评估与断裂机制研究的核心实验设备。
II. 定量应变分析表明，环氧树脂注浆可大幅提升裂隙花岗岩承载性能，能够弱化裂隙尖端应力集中，约束大尺度张拉裂纹发育，使注浆岩体断裂模式与变形行为趋近完整花岗岩体。
III. 裂纹倾角显著调控岩体微破裂与应变演化特征。30°倾角工况更易诱发剪切微裂纹，DIC主应变矢量场可有效区分张拉-剪切复合变形机制。
本研究建立了 DIC-AE 联合监测下裂隙花岗岩注浆断裂行为评价方法，依托 DIC 全场变形表征优势，形成从宏观断裂形貌到全场应变分布的多尺度评估体系，可为边坡加固、隧道围岩注浆工程的风险研判、稳定性评估及加固方案优化提供技术支撑。
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