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水 利 学 报
２０２３年 ９月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ９期
文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０９ － １０４７ － １２
红外热成像技术在地质力学模型试验中的应用研究
丁泽霖，王祥宇，徐良杰，王 婧
（华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 ４５００４６）
摘要：目前地质力学模型试验的量测方法主要为电子量测、光纤光栅量测等接触式量测方式，而接触式量测设备
在布置过程中都会对模型结构造成一定影响。为探究从能量角度分析地质力学模型试验的可能性，实现试验过程
中非接触、具象化量测的目的，在胶凝砂砾石坝地质力学模型试验中，采用红外热成像实时量测技术对模型超载
破坏试验进行量测研究。研究结果表明：（ １）模型地基中结构面在外荷载作用下发生挤压、错动时，会导致其局
部温度上升。因此模型热成像的对比度及材料温度变化值，可作为判别大坝失稳的依据。（２）在模型材料破坏试
验中，通过热成像仪得到材料破坏的温度变化值 Δ Ｔ在 １．２～１．８℃范围内，破坏区域出现明显温度变化，从试验现
场和红外图像上均可发现明显异常，并以此提出基于热成像试验的破坏判据。（３）当模型试验超载至超载安全系
数 Ｋ ＝ ６．６ 时，其热像图中地基各结构面贯通区域温度变化值均达到破坏阈值，此时试验大坝发生滑移翻转的失
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稳破坏。利用红外热成像技术可以对模型结构的表面温度开展有效、实时且准确的监测，为后续的地质力学模型
试验开展提供新的量测手段和分析角度。
关键词：地质力学模型试验；具象化量测；红外热成像；结构面温度
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ３２ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３００８９
１ 研究背景
地质力学模型试验法是根据相似原理对大坝与地基问题进行缩尺研究的一种方法 ［１］ ，其对复杂地
基上的水工模型试验有良好适用性。针对工程稳定性及工程加固措施等问题，众多学者展开了研究；
例如，吴关叶等 ［２］ 利用地质力学模型试验法对白鹤滩水电站左岸边坡进行了变形特性、失稳破坏过程
及破坏机制的研究，对其左岸强卸荷区三维复杂块体系统边坡的稳定性分析和加固处理提出了有效建
议。丁泽霖等 ［３］ 对武都重力坝模型开展了地质力学模型试验研究，得到其破坏模式为：坝基下游侧形
成由深到浅的裂隙破坏区，且有向下游滑动失稳的趋势。目前使用于模型试验的量测手段主要为机械
量测、应变量测和光纤、光栅量测等，其大多以监测模型位移、应变等数值为基础，根据数据变化趋
势、拐点等特征判断模型的安全性。但是，这些传统的量测手段都有些不可避免的缺点，例如，位移
计量测布置易对结构状态造成影响 ［４］ ；应变量测因其敏感性极高，振动及人为等因素影响会使数据产
生波动甚至突变，导致在分析的过程中出现误判 ［５］ ；分布式光纤温度传感监测方法需要对光纤进行预
埋，但因其精度有待提高、价格较昂贵等缺点也制约其在模型试验中的广泛应用 ［６ － ７］ 。综上所述，在
模型试验中探索出无损监测、高反馈度的量测设备，对模型破坏过程的具象化监测是十分必要的。
近年来，红外热成像技术在国内外的损伤探测试验中得到了迅速发展。例如，冯力强等 ［８］ 通过红外
热成像法对建筑外墙饰面层的内部缺陷进行了监测，实现了红外热成像技术在土木工程领域的应用。周
收稿日期：２０２３ － ０２ － １７；网络首发日期：２０２３ － ０９ － １９
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０９１５．１４５５．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：“十三五” 国家重点研发计划项目（２０１８ＹＦＣ０４０６８０３）；国家自然科学基金青年基金项目（５１７０９１１４）
作者简介：丁泽霖（ １９８３ － ），博士，副教授，主要从事水利工程结构模型试验及数值模拟研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｄｉｎｇｚｅｌｉｎ＠１２６．ｃｏｍ
通信作者：王祥宇（１９９５ － ），硕士生，主要从事地质力学模型试验及数值模拟研究。Ｅ － ｍａｉｌ：８２０６２６８４６＠ｑｑ．ｃｏｍ
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