引言：岩土工程试验的核心内容涵盖了岩土体的多方面性质和特征。这包括对岩土体的物理性质进行试验，以揭示其基本特征；进行力学性质试验，以了解其在不同力学条件下的反应；实施变形特征试验，以观察其在受力过程中的形态变化；进行稳定性试验，以评估其在特定环境下的稳固性；以及开展破坏机理试验，以探究其在极端条件下的破坏过程和原因。通过这些综合的试验方法，岩土工程试验不仅为理论研究提供了坚实基础，也为实际工程应用提供了重要的指导和支持。

一丶数字图像测量技术的基本原理

在岩土工程试验中，捕获的图像以像素矩阵形式存储，每个像素中蕴含着关于材料表面或内部特性的丰富信息。专门的算法能够识别和跟踪图像中的特定特征，如裂缝、孔隙或颗粒边界。随着试验条件变化，例如应力或温度的变动，这些特征的形态也会相应发生变化，通过图像序列的分析可以准确捕捉这些变化。通过采用边缘检测、模式识别、数字滤波等图像处理技术，可以从岩土材料的图像中提取关键的度量参数，例如位移、变形、裂缝宽度和颗粒大小分布等。数字图像相关性技术的应用，使得可以对整个图像区域进行位移和变形的全场测量，而不仅限于几个离散点，这一点为理解岩土材料的宏观与微观行为提供了新的视角。实施数字图像测量技术，不仅能够以较低的成本实现高精度和高分辨率的测量，而且能够减少传统测量手段可能引入的扰动。因此，在岩土工程试验中，这一技术不仅显著提升了数据收集的效率和精确度，还极大地拓展了研究人员对材料行为的认识和理解^[1]。

二_丶数字图像测量技术在岩土工程试验中的应用

（一）应用背景和需求

数字图像测量技术的应用背景和需求根植于岩土工程试验对精准数据的迫切需求。传统测量方法在操作复杂性、测量干扰、数据分辨率等方面的局限促使这项技术的诞生。岩土工程试验面临的挑战，如微小裂纹扩展的监测、颗粒运动的精确追踪、以及在复杂应力条件下材料变形行为的评估，都需要非接触式、高分辨率的观测方法以确保数据的准确性和试验的有效性。数字图像测量技术应对了这些挑战，通过高清摄像设备捕捉岩土材料在受力过程中的图像序列，并借助图像分析软件从中提取变形、裂缝发展、颗粒位移等关键参数。这一技术的引入，满足了全场观测的需求，对实时监控材料响应、评估试验结果的可靠性和重复性发挥着重要作用。此外，这种技术的应用还扩展到试验过程的优化、为数值模型验证提供试验数据，以及实现复杂岩土体行为的可视化。

（二）具体应用案例分析

数字图像测量技术在岩土工程试验中的应用广泛，其独特价值和适用性通过多个具体案例得到展示。例如，在一个案例中，此技术应用于监测土体压缩试验。利用高分辨率相机连续拍摄土样图像，并通过图像分析软件，实现了土体结构微观变化的监测。通过分析图像中的像素变化，技术不仅成功捕捉到整体压缩量，还揭示了土体内部的不均匀变形模式。在岩石断裂力学试验的案例中，数字图像测量技术用于追踪岩石样本中裂纹的扩展过程。通过连续采集裂纹周围区域的图像，能够精确测量裂纹的扩展速率和路径，为理解岩石在不同应力条件下的断裂行为提供了量化依据。在另一项研究中，此技术被用于评估和分析堆积颗粒物的稳定性。研究人员从不同角度拍摄堆积体的图像，并应用立体视觉原理，成功重建了颗粒堆积体的三维模型。这种方法使得能够在无需直接接触颗粒的情况下，对颗粒的移动进行量化分析，进而评估堆积体的稳定性。这些案例证明了数字图像测量技术在岩土工程试验中作为一种强大的工具的地位，能够详细记录并分析材料在受力过程中的行为。其应用范围不止局限于上述例子，在岩土工程的其他领域，如边坡稳定性分析、土壤侵蚀评估、地下空间开发中的风险评估等方面，都展现了其多功能性和高效性^[2]。

（三）应用效果和优势

数字图像测量技术在岩土工程试验中的应用带来了多方面的效果与优势。显著的提升表现在数据采集的精确性和效率这两点上。技术允许全场测量而非单点测量，提供连续的变形和位移数据，这在分析材料的宏观和微观行为方面特别有价值。此外，图像测量技术为试验中的即时监控提供了可能，使得实时数据分析成为常态，极大地提高了试验的响应速度。技术还体现出其在减少试验干扰方面的优势，非接触式的测量方法避免了传统接触式传感器引入的物理干扰，从而保持了样本的原始状态。这种测量方法尤其适用于易受干扰或破坏的岩土材料。数字图像测量技术的应用使得可以在没有外部标记的情况下进行测量，这对于那些不允许或不适宜附加标记的试验尤其重要。技术进一步提供了对复杂或不规则形状物体的测量能力，这在传统方法中往往难以实现。从数据处理的角度来看，图像处理算法的发展为这一技术提供了强大的后端支持。

三、数字图像测量技术在岩土工程试验中的挑战和限制

数字图像测量技术在岩土工程试验中的应用，虽然展现出显著优势，但同样面临着一系列挑战和限制。其中，图像质量对测量结果具有决定性影响。高质量图像的获取依赖于先进的设备及适宜的环境条件，包括光照和背景。光照条件的不稳定或不均匀会对图像的对比度和清晰度产生负面影响，进而影响图像处理和分析的结果。在图像处理算法方面，尽管算法本身具有强大的处理能力，但在面对复杂场景时仍可能遇到限制。以岩石多裂缝分析为例，裂缝的自动识别和追踪会因裂缝间的相互遮挡或交叉而变得复杂化。因此，算法需要具备足够的鲁棒性，以适应这些复杂情况，并准确地进行图像分割和特征识别。在大规模工程应用中，空间分辨率与测量范围之间的权衡也构成了挑战。高分辨率的图像限制了视场的范围，而广阔的视场又难以捕捉到足以分析微小裂缝或颗粒变化的细节。因此，挑选合适的摄像设备和成像技术对于数字图像测量技术的成功应用至关重要。数据量的管理和处理也是一个不容忽视的问题。高分辨率图像带来的大量数据需求对存储、处理和分析提出了更高的计算资源要求。在计算能力和存储容量有限的情况下，数据量的处理会成为技术应用的一个瓶颈。

结论：在岩土工程试验领域，数字图像测量技术的发展和应用日益受到重视。该技术以其在岩土体变形测量方面的潜力和优势而突出，包括测量的精度、分辨率、范围以及视场的显著提升。通过简化测量过程和设备，以及丰富测量结果的表达方式，数字图像测量技术为岩土工程的研究和实践带来了新的思路和方法。该技术的应用背景和需求源自于岩土工程试验对于更精确数据的追求。它有效应对了传统测量方法在操作复杂性、数据分辨率和测量干扰等方面的局限，为监测微小裂纹扩展、精确追踪颗粒运动以及评估材料在复杂应力条件下的变形行为提供了创新解决方案。

参考文献：

[1]胡庆立.数字图像测量技术在岩土工程试验中的运用[J].中国科技投资,2022.

[2]曲柏恒.数字图像技术在岩土工程中的应用探讨[J].科技创新与应用,2023.