近日，2026年“陈宗基讲座”暨极端地质灾害与重大工程安全论坛在成都举行。论坛围绕极端地质灾害形成演化、重大工程安全、岩石力学与工程防灾等方向展开。滑坡、岩爆、深部工程失稳等问题虽然发生尺度和边界条件不同，但均涉及一个基础岩石力学过程：局部损伤如何萌生并逐步演化为裂纹扩展、分叉和贯通，最终形成宏观失稳。
图1-2026陈宗基讲座极端地质灾害与重大工程安全论坛现场，聚焦岩石力学、工程安全与极端地质灾害研究
对于岩石力学实验而言，关键问题已经不只是测得峰值强度和观察最终破坏形态，而是进一步回答：裂纹首先在哪里萌生，何时进入加速扩展阶段，局部损伤又如何逐步演化为整体失稳。这推动岩土力学实验从载荷、轴向位移等宏观响应测量，进一步转向高时间分辨成像、全场变形测量与裂纹时序演化分析。
从点式测量走向高速DIC全场测量
数字图像相关技术（Digital Image Correlation，DIC）通过跟踪试样表面散斑图像，可非接触获取位移场和应变场；与高速摄像机结合形成高速DIC测量后，则能够进一步解析裂纹萌生、扩展和贯通前后的快速变形过程。
高速摄像机解决的是快速过程的时间采样问题，高速DIC则进一步将连续高速图像转化为可定量分析的位移场和应变场。对于裂纹研究而言，应变局部化区域可以作为损伤集中和潜在裂纹发展的重要表征；结合原始高速图像、裂纹识别算法及AE等测量手段，还可进一步建立应变场异常与实际裂纹演化之间的对应关系。
典型案例一：高速3D-DIC追踪凝灰岩裂纹演化
一项凝灰岩干湿循环损伤研究中，试样设置0、1、5、10、15和20次干湿循环，两台千眼狼（Revealer）M230高速摄像机组成双目3D-DIC系统，在单轴压缩过程中连续获取三维位移场与应变场。
未经干湿循环的试样在加载初期位移场较均匀；进入稳定裂纹扩展阶段后，中部开始出现局部应变集中，对应微裂纹萌生；接近峰值时，应变集中区迅速强化并发展为贯通性主裂纹，整体以轴向拉伸破坏为主。
随着干湿循环增加，裂纹演化明显复杂化。10次循环后，应变局部化出现更早，主裂纹两侧出现次生裂纹；15次循环时，裂纹带进一步出现倾斜与分叉，破坏由张拉主导向张剪混合模式发展。
图2-高速3D-DIC测量凝灰岩干湿循环损伤，显示位移场、应变局部化及裂纹分叉演化过程
不同循环次数的峰值阶段对比进一步显示，随着干湿循环增加，裂纹几何形态由相对简单的贯通裂纹逐步发展为多分支、多方向裂隙网络。高速3D-DIC因此不仅能够表征最终破坏形态，还能够将观测窗口前移至应变局部化和损伤累积阶段，并与AE计数、AE能量及b值等指标进行阶段对应，为岩石表面全场变形与内部损伤的联合分析提供实验依据。
典型案例二：高速DIC进一步走向裂纹时序识别
高速DIC获得全场位移和应变数据之后，裂纹分析还可进一步由人工观察向时序自动识别发展。
一种基于稀疏光流算法的DIC时序裂纹检测方法，通过计算参考帧与当前帧之间的像素位移，对参考图像进行插值变形，再通过差分提取裂纹区域；随后利用匈牙利算法完成不同时刻裂纹点的时序匹配，并进一步计算裂纹端点及张开角。
这一过程使裂纹由静态图像中的几何特征进一步转化为具有时间信息的动态测量对象，可分析裂纹萌生时刻、扩展方向、分叉行为及几何参数变化。对于岩石断裂研究而言，高速DIC由传统的位移—应变场测量进一步向裂纹时序与裂纹几何参数测量拓展。
图3-高速DIC时序裂纹检测，利用稀疏光流和差分算法识别裂纹位置、端点及裂纹张开特征
典型案例三：基于超高速摄像机的高速DIC解析冲击损伤
在工程爆破、冲击和高应变率载荷下，裂纹演化时间尺度可缩短至微秒级，此时高速成像的时间分辨率直接决定能否识别关键损伤节点。
在一项霍普金森压杆实验中，两台千眼狼NEO25M超高速摄像机与DIC系统组成双目动态测量系统，以100000帧/秒采集试件冲击全过程。
在10μs时间分辨率下，实验识别出多个动态响应阶段：190～390μs主要表现为动态弹性响应；400～1290μs应变曲线出现非线性波动，对应损伤累积及微裂纹发展；1290μs后试件在已有损伤基础上继续响应载荷；1510μs后宏观裂纹形成并出现局部断裂。
基于超高速摄像的高速DIC测量，使原本只能比较加载前—破坏后的实验过程进一步展开为连续的动态弹性响应—损伤累积—裂纹发展—宏观断裂阶段，为高应变率条件下材料损伤演化及动态本构研究提供更高时间分辨率的实验数据。
图4-双目超高速摄像机与高速DIC测量SHPB冲击过程，解析微秒尺度动态应变、损伤累积与宏观裂纹形成
典型案例四：高速摄像机延伸至地质灾害过程观测
高速摄像机和高速视觉测量的应用对象并不限于标准岩石试样，还可进一步延伸至颗粒流、侵蚀及地质灾害物理模型实验。
在岩石—冰屑雪崩侵蚀实验中，三台高速摄像机分别记录流动体进入可侵蚀区前的动力学状态、局部侵蚀瞬态以及整体床面演化。其中，一台高速摄像机以5000帧/秒采集图像并结合PIV量化基底附近流速与剪切率；另一台以1500帧/秒记录颗粒—床面物质交换及侵蚀剖面变化；第三台覆盖完整侵蚀床，用于计算实时侵蚀速率。
实验表明，冰含量对侵蚀速率表现出明显非线性控制：侵蚀速率随冰含量增加先升高后降低，并在40%～60%范围附近达到较高水平，其背后涉及流速增加与混合物流动密度下降之间的竞争作用。
这一案例说明，高速摄像机的测量对象正在由单一试样破坏进一步扩展至颗粒迁移、侵蚀界面演化与灾害过程，通过高时间分辨图像把快速、非均匀且难以重复的过程转化为可进一步量化分析的数据。
图5-高速摄像机观测岩石冰屑雪崩侵蚀实验，结合PIV分析颗粒流速度、基底剪切率及侵蚀剖面演化
从记录破坏走向极端岩土力学全过程测量
从本届论坛关注的问题看，极端岩土力学实验正在从峰值强度、最终裂纹形态等结果表征，转向对损伤萌生—应变局部化—裂纹扩展—宏观失稳全过程的高时空分辨测量。在冲击、强震、干湿循环、冻融及多场耦合作用下，许多关键破坏信息发生在极短时间和局部区域内，传统点式传感往往难以完整捕捉。
高速摄像机提供微秒至毫秒尺度的高时间分辨观测能力，高速DIC则进一步将连续高速图像转化为位移场、应变场及应变局部化等定量信息。二者结合，并与AE、载荷及数值模拟进行统一时基下的多源关联，可将原本主要依赖定性观察的瞬态破坏过程转化为可测量、可比较、可建模的实验数据。凝灰岩干湿循环和SHPB实验均表明，高速摄像机与高速DIC能够更细致地识别损伤累积、应变局部化、裂纹发展及阶段转换。
因此，高速摄像机与高速DIC对极端岩土力学实验的价值，已不只是提高可视化水平，而是在补足传统实验难以获得的破坏前与破坏瞬间的时空演化信息。其发展方向也将从单一高速成像，进一步走向高时空分辨、全场测量、多源同步与智能解析融合，为裂纹扩展机理、损伤本构模型、数值模型验证及工程失稳判据研究提供直接的实验依据。