DIC技術(shù)在巖石力學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用與實踐

朱權(quán)潔，梁 娟，張爾輝，龔 劍，劉曉輝，趙啟峰

(1. 華北科技學(xué)院 應(yīng)急技術(shù)與管理學(xué)院，北京 東燕郊 065201；2. 防災(zāi)科技學(xué)院 文化與傳播學(xué)院，北京 東燕郊 065201；3. 華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 065201；4. 鄭州工程技術(shù)學(xué)院 土木工程學(xué)院，鄭州 450044)

0 引言

巖石力學(xué)實驗對研究巖石破壞失穩(wěn)特征和相關(guān)力學(xué)參數(shù)具有指導(dǎo)意義，對巖石力學(xué)等學(xué)科的教學(xué)工作具有促進意義。近年來，隨著測量手段的豐富，多種方法已成功應(yīng)用于巖石力學(xué)實驗教學(xué)實踐中[1-2]。章云等[3]以探索滿足創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需復(fù)合型人才的培養(yǎng)新模式為目標(biāo)，重構(gòu)課程體系、創(chuàng)新培養(yǎng)方式等，推進工程人才培養(yǎng)模式改革。楊立云等[4]結(jié)合礦山井巷工程教學(xué)實驗情況和需求，設(shè)計和搭建了基于加載系統(tǒng)、數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)監(jiān)測與分析系統(tǒng)，為學(xué)生大創(chuàng)、畢業(yè)設(shè)計等提供了開放實驗環(huán)境。盛建龍等[5]針對人才培養(yǎng)理念、知識結(jié)構(gòu)體系、培養(yǎng)模式與創(chuàng)新人才培養(yǎng)不協(xié)調(diào)問題，提出了采礦工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)改革的原則，并從課程體系、教學(xué)手段和教學(xué)資源等維度進行了改革探索。為了通過科研促進教學(xué)水平的提高，開拓學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，朱建國[6]將二維數(shù)字圖像相關(guān)法測試引入到材料力學(xué)實驗教學(xué)中。為了克服傳統(tǒng)接觸式測量技術(shù)的局限性，深入革新實驗教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生了解掌握最新的測量方法和先進技術(shù)，進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、科研意識和國際化視野，梁棟等[7]在材料力學(xué)平板拉伸實驗中引入了數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)以及紅外熱像技術(shù)。蘇勇等[8]專注于數(shù)字圖像相關(guān)方法的原理研究和應(yīng)用拓展，有效提升了該方法的測量精度和計算速度，在諸多領(lǐng)域取得了一系列研究成果。潘兵[9-10]等介紹了三維數(shù)字圖像相關(guān)方法的基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)，并用兩個典型的例子驗證了該方法的有效性和對于巖石力學(xué)實驗教學(xué)實踐的指導(dǎo)意義。

本文將數(shù)字圖像技術(shù)引入到巖石力學(xué)實驗教學(xué)實踐中，一方面，克服傳統(tǒng)巖石力學(xué)實驗的測量方法和教學(xué)方式，改進教學(xué)內(nèi)容，促進學(xué)生快速掌握實驗內(nèi)容和實驗原理，另一方面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、科研意識和國際化視野。

1 力學(xué)試驗中應(yīng)變片測量及其缺陷

在壓縮變形試驗等巖石力學(xué)實驗過程中，對巖石類材料的力學(xué)性質(zhì)檢測是必不可少的環(huán)節(jié)。巖石材料在受到外部作用力時會產(chǎn)生變形，變形到一定程度就發(fā)生斷裂破壞。巖石材料的這類力學(xué)行為可以用“拉、壓、彎、剪”等力學(xué)性能來進行描述。上世紀(jì)四十年代，基于“應(yīng)變效應(yīng)”原理，電阻應(yīng)變片使材料力學(xué)性能的定量描述成為現(xiàn)實。隨著應(yīng)變片技術(shù)的快速發(fā)展，以及配套標(biāo)準(zhǔn)的制定，應(yīng)變片被廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，用于各類結(jié)構(gòu)物荷載測定、土木工程健康監(jiān)測等。

在礦業(yè)工程本科教學(xué)中，《巖石力學(xué)》含有巖石壓縮變形試驗。該試驗是在縱向壓力作用下測定試樣的軸、徑向變形，由此計算巖石試件的彈性模量和泊松比。巖石壓縮變形試驗的主要設(shè)備包括電阻應(yīng)變儀、壓力傳感器、引伸計等，與應(yīng)變儀配套的還有電阻應(yīng)變片、粘接劑、萬用表等。利用應(yīng)變儀進行壓縮變形試驗的過程可概述為：(1)選擇電阻片，并貼在巖石試件合適的位置；(2)酒精擦凈，利用914粘接劑等脆性膠將電阻片固定在試件上；(3)將試件置于壓力機制下，選擇連接方式接入應(yīng)變儀中，接通電源并進行加載試驗；(4)同步采集記錄不少于10組數(shù)據(jù)，同時記錄試件破壞形式及其它相關(guān)情況，并繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線。傳統(tǒng)的實驗裝置如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)實驗方法及裝置

在開展完上述操作過程后，需要對采集的數(shù)據(jù)進行整理和計算，進而求取相關(guān)參數(shù)。首先，根據(jù)公式計算體積應(yīng)變值，繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；然后，基于應(yīng)力應(yīng)變曲線，計算試樣的彈性模量E、泊松比μ；最后，根據(jù)最大破壞荷載和試件橫截面積計算單軸抗壓強度σc。

應(yīng)變片優(yōu)缺點同樣突出，其優(yōu)點可表述為靈敏度高、測量速度快等，但存在防潮性能差、受導(dǎo)線影響、施工過程較繁雜等。此外，單個應(yīng)變片只能測量表面一個點某一方向上的應(yīng)變，且需要保證巖石材料自身沒有大的離面變形。如果測量對象體型大，應(yīng)變片的安裝布置將會是非常大的工程?；谶@一背景，為改進現(xiàn)有落后技術(shù)手段，將數(shù)字圖像相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)引入巖石力學(xué)試驗之中，該技術(shù)使用高速攝像機以及相關(guān)的專業(yè)軟件對試件進行光學(xué)測量，可以高精度地測量材料的變形、形變和應(yīng)變等信息。相對于傳統(tǒng)應(yīng)變片，該技術(shù)從測量精度、計算方法、表達形式等有了顛覆改進，其引入為本科生的教學(xué)和大創(chuàng)活動提供思路和條件。

2 數(shù)字圖像技術(shù)的引入與應(yīng)用

數(shù)字圖像相關(guān)(Digital Image Correlation，DIC)技術(shù)是一種非接觸式現(xiàn)代光學(xué)測量技術(shù)，該技術(shù)實質(zhì)上是一種對全場位移和應(yīng)變進行量化分析的非接觸式測量方法。該方法在巖石力學(xué)試驗中的應(yīng)用可簡述為：首先對目標(biāo)試樣表明制作散斑，確保試樣表面具備明顯的特征；在壓縮變形試驗過程中，采用數(shù)碼相機或光電攝像機對目標(biāo)試樣進行圖像采集，并將圖像數(shù)字化；最后匹配追蹤兩個時刻同一散斑點的位移矢量變化，對所選定圖像區(qū)域進行匹配運算，獲取該區(qū)域面內(nèi)位移和應(yīng)變等特征信息。

2.1 DIC技術(shù)原理

數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC)是通過計算試件表面變形前后的散斑圖像灰度，從而獲得試件的位移和變形等參數(shù)。為了評估參考區(qū)域和變形區(qū)域之間的變形特征，首先給定變形前基準(zhǔn)圖像和變形后目標(biāo)圖像的特征函數(shù)分別為I1=F1(x，y)，I2=F2(x，y)。假設(shè)對基準(zhǔn)圖像上的點P點位置進行追蹤，則需求得其在目標(biāo)圖像的匹配點。在變形前基準(zhǔn)圖像中選擇方形參考子區(qū)，然后在變形后目標(biāo)圖像上進行逐點搜索對應(yīng)的位移值。用相關(guān)匹配方法在變形后目標(biāo)圖像上搜索與之最匹配的數(shù)字圖像子區(qū)，匹配成功后，得到P點的位移。依照此方法繼而得到監(jiān)測區(qū)域的應(yīng)變?nèi)珗?。其原理如圖2所示。

圖2 數(shù)字圖像相關(guān)匹配示意圖[10]

當(dāng)白光照射到橡皮粗糙表面時，形成隨機分布的散斑，用CCD記錄散斑圖。物體表面的散斑隨著物體的變形而運動，分析變形前后的散斑圖，得到散斑沿U和V方向的相對位移，既物體沿橫向和縱向的相對變形。變形前后的兩幅散斑圖存在相關(guān)性。在變形不大的情況下，物體表面的散斑場的灰度變化可以忽略不計。設(shè)(x，y)是變形前的一點，(x*，y*)是變形后的相應(yīng)點，兩者的關(guān)系為：

(1)

用函數(shù)F(xi，yi)表示變形前某一點(xi，yi)處的灰度值，G(x*I，y*i)表示變形后對應(yīng)點(x*I，y*i)處的灰度值，由概率與數(shù)理統(tǒng)計理論可知，兩者的相關(guān)系數(shù)為：

(2)

僅取試件中部下方的微小區(qū)域(宏觀上為可也認為是一點)。采集三點彎曲過程中的散斑圖，計算V場，此時V場的平均值近似等于試件的彎曲撓度f，則試件的彎曲彈性模量Ef為：

(3)

式中，ΔP為載荷與撓度曲線上初始直線段的載荷增量，N；Δf為對應(yīng)于ΔP的試件跨度中點處的撓度增量，mm；本實驗用V值代替。L為跨度，mm；b為試件寬度，mm；h為試件厚度，mm。

2.2 在巖石力學(xué)實驗中的應(yīng)用

在本科生《巖石力學(xué)》、《井巷工程》實驗中，為了研究巖石壓縮變形特征，可以引入DIC系統(tǒng)對加載過程中巖石試件的損傷破壞進行追蹤，并對其位移場和應(yīng)變場進行非接觸式精確測量。DIC系統(tǒng)實驗設(shè)備操作簡單，數(shù)據(jù)采集和后處理過程簡單，所獲得結(jié)果直觀形象。最為主要的試驗前期準(zhǔn)備、實驗條件以及實驗工作量較應(yīng)變片測量有了較大改觀。數(shù)字圖像技術(shù)的引入也使采礦專業(yè)學(xué)生有了更多的發(fā)揮空間，學(xué)生可以大膽構(gòu)思，創(chuàng)新設(shè)計新的試驗方案(如圍巖支護、回采相似模擬等)，并結(jié)合MATLAB、Python進行試驗數(shù)據(jù)的后期可視化處理和處理軟件的二次開發(fā)，進而開展更多的高質(zhì)量大學(xué)生創(chuàng)新活動[11-12]。眾多研究結(jié)果表明，DIC系統(tǒng)的測量結(jié)果與應(yīng)變片測量結(jié)果吻合度較好[13]。DIC系統(tǒng)的非接觸式、可視化測量特點更符合現(xiàn)代巖石力學(xué)實驗的需求和發(fā)展趨勢。

數(shù)字圖像技術(shù)相較傳統(tǒng)巖石力學(xué)實驗系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢，可概括為：實驗設(shè)備操作簡單，數(shù)據(jù)采集和處理過程簡單，顯示結(jié)果直觀形象，測試環(huán)境要求低；支持全場測量，可以測量整個范圍內(nèi)所有點的應(yīng)變、位移以及任意兩點之間的距離，相當(dāng)于試件表面布置了無數(shù)個應(yīng)變片和引伸計，可以提供海量數(shù)據(jù)；測試過程非接觸，不影響變形過程；對被測對象的材料沒有要求；可快速測量全過程變形，實現(xiàn)動態(tài)測量；針對各種復(fù)雜構(gòu)建，對于應(yīng)力集中和應(yīng)力梯度可以測得清晰數(shù)據(jù)[14]。

3 教學(xué)實驗的設(shè)計與實踐

3.1 實驗方案的設(shè)計

利用上述實驗方法，對煤、巖樣試件進行了單軸壓縮變形試驗，并借助DIC系統(tǒng)和聲發(fā)射AE系統(tǒng)對試件變形破壞過程進行了監(jiān)測和分析。

(1) 試樣制作與實驗設(shè)備

DIC系統(tǒng)有：光源、CCD高分辨率相機、圖像卡、監(jiān)視器、計算機及軟件。光源為白光，由光纖燈產(chǎn)生。計算機及軟件主要由圖像采集、相關(guān)運算、數(shù)據(jù)處理等軟件模塊組成。實驗裝置如圖3所示。

圖3 試驗裝置

利用實驗室制樣設(shè)備制作長寬高分別為20 mm×20 mm×50 mm的試件，利用打磨機對上下斷面進行打磨。試件表面噴漆制作散斑。

(2) 實驗過程及參數(shù)

首先加工制作方柱形巖石試件，在試樣表面噴漆制作散斑；將聲發(fā)射傳感器固定于試件側(cè)面，避免擋住相機視角；將試件移到加載裝置上，打開白光光源照射試樣表面，布置相機并固定拍攝方位；打開圖像采集系統(tǒng)，打開伺服機，設(shè)置同步，開始試驗。實驗完成后，即可對散斑圖像進行相關(guān)運算，計算求取巖石試件的位移場和應(yīng)變場。RLJW-2000試驗機作為試驗加載系統(tǒng)，控制方式為位移擴展，位移控制加載速率為0.05 mm/min。此外，利用CCD相機搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對試驗加載全過程試件表面散斑圖像進行采集。其中，CCD相機速率為3.5幀/s，圖像分辨率為1600像素×1200像素，物面分辨率為0.1316 mm/像素。

3.2 實驗教學(xué)的開展與實施

基于上述方法和原理可針對教學(xué)內(nèi)容或?qū)W生大創(chuàng)內(nèi)容進行不同試驗，例如巖石、煤、混凝土等多種材料的單軸拉壓實驗、三軸伺服實驗、循環(huán)加載實驗等。利用RMT-301試驗機進行加載并記錄力學(xué)破壞參數(shù)，CCD相機采集變形場演化特征圖像。限于篇幅，本文具體介紹煤單軸壓縮實驗的具體開展方式和在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，具體實施步驟如圖4所示，人工散斑場及圖像識別效果如圖5所示。

圖4 實驗步驟設(shè)計

圖5 人工散斑場效果圖

首先選擇試件側(cè)表面比較平整的一面作為散斑面，在散斑面均勻噴灑一層黑漆作為散斑場底色，然后，噴灑白漆顆粒使其隨機散落在試件散斑面，制作成人工散斑場。其次，加載系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)及聲發(fā)射采集系統(tǒng)設(shè)置完成后需進行校準(zhǔn)對時，保證整個實驗系統(tǒng)的時間嚴(yán)格一致。再次，實驗開始時同時觸發(fā)加載系統(tǒng)和整個采集系統(tǒng)，對加載全過程中實驗數(shù)據(jù)進行實時連續(xù)采集，直至試件破壞。最后，實驗結(jié)束后停止加載和采集，對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理與分析

考慮到全方位鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手能力，指導(dǎo)學(xué)生獲取實驗數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理和分析。建議學(xué)生利用MATLAB或Python語言編制相應(yīng)的分析模塊，對上述數(shù)據(jù)進行處理和可視化展示。

3.3.1 應(yīng)力應(yīng)變曲線分析

圖6是試件破壞應(yīng)力—應(yīng)變曲線，圖7是試件破壞失穩(wěn)的形態(tài)特征變化過程。由圖6可以得出煤在單軸作用下的破壞失穩(wěn)過程可以分為4個階段：孔隙壓密階段、線彈性階段、塑性變形破壞階段和殘余強度階段。

圖6 應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖7 試件破壞演化過程

在孔隙壓密階段由于試件的孔隙小，內(nèi)部無明顯原始缺陷，比較致密，在外載荷作用下，應(yīng)力變化迅速增加，應(yīng)變變化緩慢。在線彈性階段，由于孔隙被壓密，微破裂在試件的內(nèi)部逐漸孕育、發(fā)展、貫通，進入塑性變形破壞階段。在塑性變形破壞階段，由于在線彈性階段形成了大量的微裂紋，隨著外力的不斷增加，微裂紋逐漸演化為宏觀裂紋，形成破裂面，大量破裂面累積、發(fā)展，迫使試件破壞失穩(wěn)，但是沒有完全失去承載能力。在殘余強度階段，試件仍具有一定的承載能力，該過程應(yīng)力逐漸減小，應(yīng)變稍有變化。

3.3.2 變形場演化特征分析

圖8為加載全過程中關(guān)鍵時刻所對應(yīng)的主應(yīng)變場演化特征，該圖通過不同顏色顯示了全過程主應(yīng)變場演化特征。從圖中可以看出，試件加載破壞過程中，主應(yīng)變場的演化特征與試件破壞失穩(wěn)過程裂紋的擴展貫通過程緊密相關(guān)，主應(yīng)變局部化帶顏色較深，應(yīng)變較集中，反之亦然。A～F6個時刻與圖6中的各點對應(yīng)。

圖8 變形場演化過程

A點時刻位于孔隙壓密階段，受試件內(nèi)部天然缺陷的影響，主應(yīng)變場小幅度變化；隨著應(yīng)力的增加，加載過程進入彈性變形階段，B時刻為線彈性變形起始點，該時刻內(nèi)部缺陷被壓實，微裂紋在局部位置開始孕育，由主應(yīng)變圖可以看出試件應(yīng)變場變形值明顯增大；應(yīng)力繼續(xù)增加，彈性階段結(jié)束，C點時刻，試件中間部位有明顯變形，表面煤塊脫落；應(yīng)力繼續(xù)增加，進入塑性變形階段，該階段微裂紋逐漸演化為宏觀裂紋，宏觀裂紋逐漸向試件各個方向貫通；D時刻點，應(yīng)力稍有回落，裂紋持續(xù)貫通，變形場持續(xù)演化，試件表面脫落面積繼續(xù)增大。E時刻點應(yīng)力達到峰值，宏觀裂紋向各個方向迅速貫通，該時刻點試件的最終破壞形式和裂紋空間分布特征形成；E時刻點后，應(yīng)力逐漸回落，進入峰后變形破壞階段，該階段宏觀裂紋繼續(xù)貫通，試件嚴(yán)重失穩(wěn)破壞，但未完全失去承載能力，主應(yīng)變場變形值繼續(xù)增大，表面脫落面積繼續(xù)增加；F點后，進入殘余強度階段，宏觀裂紋徹底貫通，試件破壞紋絡(luò)基本形成，試件破壞嚴(yán)重，應(yīng)力逐漸減小直到完全卸載，試件徹底失穩(wěn)破壞。

3.3.3 局部變形場特征

上述對試件破壞失穩(wěn)過程中全局應(yīng)變場演化特征進行了詳細闡述，通過對局部點進行局部變形場演化特征分析，可以進一步了解試件的破壞行為。利用MATLAB編制相應(yīng)代碼對試件的變形場進行分析識別，其結(jié)果如圖9所示。該圖的制作過程可概述為：設(shè)定底圖(巖樣的監(jiān)測側(cè)面)及關(guān)鍵坐標(biāo)位置、讀取DIC系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)、處理測量數(shù)據(jù)并形成變形場數(shù)據(jù)集、附加底圖和數(shù)據(jù)集形成成果。

圖9 利用MATLAB處理的變形場

為了便于對比觀察，在圖10中分別設(shè)定測點1、2和3，對三個測點位置處的變形場演化特征進行對比分析。通過圖形可以看出，測點1、2位于試件破壞范圍，測點3在試件破壞區(qū)域意外。其中試件在X向表面位移(U位移)較為明顯，中間區(qū)域位移值超過3.25 mm，這與圖8中標(biāo)識點E、F結(jié)果相吻合。測點3所在區(qū)域沒有明顯的U位移，但V位移相對明顯。

對比圖10(a)可知，3個測點的主應(yīng)變隨加載時間的變化曲線，圖10(b)顯示了3個測點的次應(yīng)變隨加載時間的變化曲線。由圖可知，測點2在加載時間為53 s時，試件外表面破壞剝離，變形場演化結(jié)束(黃色曲線終止)；測點1在加載時間為91 s時，變形場演化結(jié)束，此外，在53～74 s有顯著的變形波動；測點3變形場演化貫穿于整個加載過程，直至試件破壞，但在53 s時其V向位移變化較為明顯(膨脹)。結(jié)合圖8中試件的變形破壞特征可知，隨著加載的進行，試件表面逐漸脫落，數(shù)字散斑圖像逐漸失效，CCD相機無法采集變形場特征。由此表明，試件在加載狀態(tài)下，由上自下逐漸變形失穩(wěn)破壞。

圖10 標(biāo)識點局部變形場特征

4 結(jié)果分析

基于數(shù)字圖像技術(shù)的巖石力學(xué)實驗教學(xué)相較傳統(tǒng)教學(xué)思路增加了幾點新內(nèi)容，包括數(shù)字圖像技術(shù)的引入、MATLAB數(shù)據(jù)后處理等，其思路主要來源于采礦專業(yè)當(dāng)前發(fā)展的趨勢——多學(xué)科交叉和跨學(xué)科融合是現(xiàn)代科教發(fā)展一大熱點和趨勢?；谥悄芑_采背景的采礦工程專業(yè)更是面臨如此重要轉(zhuǎn)折和機遇。

多學(xué)科交叉和跨學(xué)科融合是現(xiàn)代科教創(chuàng)新的重要萌發(fā)點，也是高等教育新興發(fā)展的趨勢。在我國高舉“創(chuàng)新”人才培養(yǎng)的時代背景之下，華北科技學(xué)院在“雙一流”建設(shè)中對創(chuàng)新型、應(yīng)用型高端人才的跨學(xué)科培養(yǎng)提出了更高要求。以華北科技學(xué)院采礦工程專業(yè)為例，在全國推行智能化礦山之際，行業(yè)所需要采礦人才將不能僅僅只局限于本專業(yè)內(nèi)部培養(yǎng)，更多的是如何適應(yīng)多學(xué)科交叉融合的復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。解決這一難題的關(guān)鍵是，對傳統(tǒng)教學(xué)方式進行改革。以巖石力學(xué)實驗教學(xué)為例，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方式已不能滿足當(dāng)前需求。因此，新技術(shù)的引入、新方法的介紹等都是實驗教學(xué)的重要改革方向。

總體而言，通過將DIC技術(shù)引入巖石力學(xué)實驗教學(xué)之中，其作用和意義可概述為：

(1) 提高了課堂教學(xué)效果。將先進技術(shù)引入實驗教學(xué)之中，改變了現(xiàn)有教學(xué)模式和教學(xué)方法，提升了實驗精度，同時通過可視化模式使學(xué)生能夠更清晰觀察實驗過程及結(jié)果，使許多原本枯燥的課程和課程設(shè)計變得生動有趣，使學(xué)生從學(xué)習(xí)者變成設(shè)計者、參與者，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

(2) 指導(dǎo)學(xué)生開展MATLAB編程練習(xí)，對實驗數(shù)據(jù)進行可視化處理，有利于加強高校大學(xué)生科技創(chuàng)新建設(shè)與實踐育人的隊伍建設(shè)等，可以有效提高大學(xué)生科技創(chuàng)新活動和實踐育人工作的針對性、有效性和實效性，形成具有“創(chuàng)新型”特色的新時期采礦人才培養(yǎng)課程體系和教學(xué)內(nèi)容，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

(3) 實驗方法貼近國際潮流，使學(xué)生了解和掌握當(dāng)前最先進技術(shù)手段，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、科研意識和國際化視野。實踐育人多以第二課堂活動模式開展，將科技創(chuàng)新基地建設(shè)與實踐育人模式進行有效協(xié)同，可以促進第一課堂和第二課堂的有效銜接，解決學(xué)生創(chuàng)新學(xué)分、第二課堂學(xué)分與動手能力、協(xié)作能力培養(yǎng)之間的無縫對接。

(4) 將科學(xué)研究與教學(xué)緊密結(jié)合，使課堂內(nèi)容貼近實際應(yīng)用，完善課堂教學(xué)內(nèi)容、提升課程教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生綜合實力，適應(yīng)行業(yè)就業(yè)需求。依托學(xué)校實驗教學(xué)創(chuàng)新平臺，在教學(xué)團隊的策劃和指導(dǎo)下，積極引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生參與科教研活動，建立科教聯(lián)動、產(chǎn)學(xué)研一體化機制，進而形成師生互動、科教融合新局面，最終形成“基礎(chǔ)理論+應(yīng)用知識+實操技能”的全方位培養(yǎng)模式。

5 結(jié)論

(1) 本文將數(shù)字圖像相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)引入巖石力學(xué)試驗之中，利用高速攝像機以及相關(guān)的專業(yè)軟件對巖石試件進行光學(xué)測量。通過巖石力學(xué)課程實驗驗證，該技術(shù)可以高精度地測量材料的變形、形變和應(yīng)變等信息，相對于傳統(tǒng)應(yīng)變片，該技術(shù)從測量精度、計算方法、表達形式等有了顛覆改進。

(2) 通過設(shè)計詳細的試驗方案，包括試樣制作與實驗設(shè)備、實驗過程及參數(shù)等，介紹了基于DIC系統(tǒng)的巖石力學(xué)實驗過程。最后引導(dǎo)學(xué)生利用MATLAB開展DIC系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理，處理結(jié)果顯示，試件加載破壞過程中，主應(yīng)變場的演化特征與試件破壞失穩(wěn)過程裂紋的擴展貫通緊密相關(guān)。

(3) 下階段將聯(lián)合聲發(fā)射、DIC技術(shù)等開展巖石力學(xué)實驗教學(xué)，探索煤巖樣加載破壞過程的聲發(fā)射響應(yīng)特征、應(yīng)變場演化規(guī)律及其與試件自身損傷演化規(guī)律的關(guān)聯(lián)性等。