摘要 ：通过带扫描电镜的伺服实验机 对 岩 石 进 行 了 原 位 拉 伸 观 测 实 验 ， 实时采集了岩石变形破 坏过程中表面细观形貌的扫描电镜 （ 照 片． 将亚像素插值和相关系数插值相结合， 有效提 Ｓ ＥＭ） 升了数字散斑相关法的搜索效率和 计 算 精 度 ， 并通过自行研发的数字散斑相关方法（ 程 Ｄ Ｓ ＣＭ） 序实现了岩石 Ｓ 通过对比实验测定结果和软件计算结 果 ， 验证 ＥＭ 图像中微小变形的分析计算 ． 了算法的有效性 ． 结果表明 ： 岩石变形具有明显的非均匀 性 ， 在整体受拉的情况下局部出现受压 区， 其原因在于应力集中或损伤软化现象 ， 且随着载荷的增加 ， 损伤逐渐加剧并导致应变集中 ， 从 而诱发断裂 ． 关键词 ：岩石 ；数字散斑相关法 ；扫描电镜 ；非均匀变形 中图分类号 ： ＴＵ ４ ５ ４； Ｏ ３ ４ ８ 文献标识码 ：Ａ （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ０ １ ９ ６ ４ ２ ０ １ ２ ０ ４ ０ ６ ５ ０ ０ ７ － － －
第４ １ 卷 第 ４ 期 中国矿业大学学报 Ｖ ｏ ｌ ． ４ １ Ｎ ｏ ． ４ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｕ ｌ ． ２ ０ １ ２ ２ ０ １ ２ 年 ７ 月 Ｊ Ｊ ｙ ｇ ｇ ｙ
第 ４ 期 彭瑞东等 ： 数字散斑相关法在 Ｓ ＥＭ 观测岩石变形时的应用
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岩石内部结构表现出明显的非均质性 ， 因此其 这就使得单纯依靠传统的应 变形场也是不均匀的 ． 变电测法并不能很好的测定出岩石的全场变形 ． 如 何通过先进的实验 测 试 手 段 精 确 测 定 岩 石 的 应 变 对于进一步研究岩石的非线性变形规律和损伤 场， 破坏规律具有重要意义 ． 数字散斑 相 关 方 法 （ 是通过分析变形 Ｄ Ｓ ＣＭ） 从而得到全场位移和 前后试件表面散斑图的变化 ， 应变的一种光 测 实 验 力 学 方 法
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［ ］ １ ４ －
］ １ ０ １ ５ － 量中的应用提供了大量有价值的成果 ［ ．
局限于数字散斑法的计算精度 ， 目前的研究成 果主要集中在岩石 发 生 明 显 损 伤 或 破 坏 前 后 时 的 变形场分析计算上 ． 岩石作为一种富含各种尺度缺 陷的非均质材料 ， 在 宏 观 线 弹 性 阶 段 会 发 生 损 伤， 因此有必要对损伤 萌 生 时 的 非 均 匀 变 形 场 进 行 深 入研究 ． 这就需要 提 高 数 字 散 斑 法 的 计 算 精 度 ， 并 实时拍摄记录不同应力水平 借助扫描电镜 （ Ｓ ＥＭ） 下的岩石表面图像 ， 以实现高精度的损伤变形场计 为此 ， 本文将借 助 先 进 的 实 验 测 试 系 统 拍 摄 记 算． 录岩石拉伸破坏全过程中不同应力水平下的 Ｓ ＥＭ 图像 ， 并研究提高 数 字 散 斑 法 计 算 精 度 的 方 法 ， 最 终借助自主研发的软件实现有关算法 ， 从而计算岩 石损法在 Ｓ ＥＭ 观测岩石变形时的应用
２ ３ ，翁 炜３，左建平２， ，马维佳３ 彭瑞东１，
（ １．中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ ３； ２．中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ ３； ） 中国矿业大学 力学与建筑工程学院 ，北京 １ ３． ０ ０ ０ ８ ３
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收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ７ ０ ６ － － ） ） ； ） ； 基金项目 ：国家重点基础研究发展计划 （ 项目 （ 国家自然科学基金项目（ 深部岩土力学与地下工程国 ９ ７ ３ ２ ０ １ ０ Ｃ Ｂ ２ ２ ６ ８ ０ ４ １ ０ ８ ０ ２ ０ ９ ２ ； ） 家重点实验室开放基金项目 （ 中央高校基本科研业务费专项资金项目 （ Ｓ Ｋ Ｌ Ｇ ＤＵ Ｅ ０ ８ ０ ０ ９ Ｂ） ２ ０ ０ ９ ＱＭ ０ ３ ， 作者简介 ：彭瑞东 （ 男， 山西省忻州市人 ， 副教授 ， 工学博士 ， 从事岩石力学分析与测试方面的研究 ． １ ９ ７ ４－ ） ： ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｕ ｍ ｔ ｂ． ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ ｅ ｌ ０ １ ０ ６ ２ ３ ３ １ ２ ５ ３ ｒ ｄ ＠ｃ Ｔ － ｐ