CN108956310B - 基于三维dic的土工膜液胀变形测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置及测试方法，包括压力试验系统、压力控制系统和三维DIC测量系统；压力试验系统包括从上至下依次同轴设置的膜上压力室、土工膜直径调节装置、膜下压力室和基座；土工膜的上表面均匀喷洒有散斑，散斑在三维DIC测量系统中记录的数字图像不低于3个像素；压力控制系统包括膜上压力控制系统和膜下压力控制系统；三维DIC测量系统包括卤素灯、计算机和两个均与计算机相连接的CCD相机。本发明能计算出不同液压作用下土工膜变形和应变分布情况，详细记录和定量描述土工膜液胀变形过程及最终破坏状态，得到液胀变形条件下土工膜的应力应变关系，用于分析土工膜的抗液胀变形能力。

Description

基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及水利工程中土工膜的检测领域，特别是基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置及测试方法。
背景技术
土工膜因具有防渗性能好、适应变形能力强、工程造价低等优点，已广泛应用于堤坝、库盘、渠道、垃圾填埋场等防渗工程。对于平原地区水库全库盘土工膜防渗的情况，当水位降落过快时，由于膜下地基内的渗透水排出需要时间，这期间较大的渗透压力可能会引起土工膜液胀漂浮现象。当上托水压力大于土工膜的变形能力时，土工膜发生液胀破损，引起库水渗漏，对工程安全造成隐患。因此，测试土工膜液胀变形能力具有重要科学研究意义和工程应用价值。
现有土工膜液胀变形测试装置只能测定土工膜液胀变形的冠顶高度和压力室内液压值，无法实测整个液胀区域内土工膜液胀变形和应变分布情况。仅根据冠顶高度按照球形变形假设计算得出的土工膜液胀变形和应变与实际土工膜变形特性有较大出入，不能刻画液胀过程中土工膜的真实变形情况，无法精确得到土工膜液胀变形条件下应力应变关系，基于上述现状，有必要研制一种能够实时准确记录土工膜液胀变形过程的测试装置及测试方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置，该基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置能实时精确测试和记录土工膜液胀变形过程中土工膜的变形和应变分布情况，进而得到土工膜液胀变形条件下的应力应变关系。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置，包括压力试验系统、压力控制系统和三维DIC测量系统。
压力试验系统包括从上至下依次同轴设置的膜上压力室、土工膜直径调节装置、膜下压力室和基座；膜下压力室与基座固定连接，土工膜的外周边缘夹设在土工膜直径调节装置中，通过土工膜直径调节装置调节土工膜的夹设部位，从而改变土工膜的中心液胀变形区域的直径；土工膜及土工膜直径调节装置密封可拆卸，连接在膜上压力室和膜下压力室之间。
膜上压力室的顶部采用透明材料制成。
土工膜的上表面均匀喷洒有散斑，在三维DIC测量系统中记录的数字图像上散斑大小不低于3个像素。
压力控制系统包括膜上压力控制系统和膜下压力控制系统；膜上压力控制系统用于向膜上压力室提供压力水，膜下压力控制系统用于向膜下压力室提供压力水。
三维DIC测量系统包括卤素灯、计算机和两个均与计算机相连接的CCD相机；其中，卤素灯同轴设置在压力室的正上方，两个CCD相机对称设置在卤素灯的两侧，两个CCD相机的中心轴线相交夹角在30°到60°之间，两个CCD相机的中心轴线的相交点位于土工膜表面。
土工膜直径调节装置为中心开孔直径不等的若干套夹板，每套夹板均包括上下两块完全相同的盖板。
夹板为四套，四套夹板的中心开孔直径分别为5cm、10cm、15cm和20cm。
在三维DIC测量系统中记录的数字图像上散斑大小维持在3-6个像素。
两个CCD相机的中心轴线相交成45°。
本发明还提供一种基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，该基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法能实时精确测试和记录土工膜液胀变形过程中土工膜的变形和应变分布情况，进而得到土工膜液胀变形条件下的应力应变关系。
基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，包括如下步骤。
步骤1，土工膜上散斑喷洒：将厚度为t1的土工膜至少裁剪四张，每张土工膜的单面均匀喷洒散斑，要求在三维DIC测量系统中记录的数字图像上散斑大小维持在3-6个像素。
步骤2，膜下压力室的安装：在基座上安装膜下压力室，并在膜下压力室内注满水。
步骤3，安装卤素灯和CCD相机：将卤素灯同轴安装在膜下压力室的正上方，卤素灯到膜下压力室顶部的距离大于膜上压力室的高度，两个CCD相机对称安装在卤素灯的两侧，两个CCD相机均与计算机电连。
步骤4，CCD相机的标定：标定时，将标定板放在膜下压力室表面，标定板的特征面面向CCD相机，调整CCD相机与标定板之间的距离和放置角度，使标定板在三维DIC测量系统中清晰呈像，标定过程多次变换其空间姿态使标定板上的特征图案具有不同的空间位置，CCD相机同时对标定板的每个姿态进行成像，通过图像处理技术识别多个特征点，利用特征点间的空间关系求解相机的内外参数。
步骤5，压力试验系统和压力控制系统组装：将步骤1中喷洒有散斑的其中一张土工膜夹放在中心开孔直径为d2的夹板上，并将喷有散斑的一面朝上；然后，将土工膜及夹块密封可拆卸连接在膜上压力室和膜下压力室之间；接着，对膜上压力室和膜下压力室注满水，将膜上压力控制系统与膜上压力室连接，将膜下压力控制系统与膜下压力室连接。
步骤6，上下压力室的同时加压：同时启动膜下压力控制系统和膜上压力控制系统，分别对膜下压力室和膜上压力室进行分级加压；当膜下压力室和膜上压力室内压力同时达到设定压力时，膜下压力控制系统和膜上压力控制系统同时停止加压，并保持压力稳定。
步骤7，液胀变形试验：开启三维DIC测量系统，利用膜上压力控制系统对膜上压力室采用分级降压；与此同时，三维DIC测量系统中两个CCD相机按照设定采集速率，对土工膜表面上的散斑进行数字图像拍摄，并将拍摄的数字图像传输给计算机；计算机实时计算得到土工膜液胀变形过程中的变形和应变；膜上压力室持续降压，土工膜在压力差作用下不断鼓胀变形，膜上压力控制系统自动记录降压过程，当土工膜被胀破时，记录下此时的胀破压力；压力控制系统和三维DIC测量系统停止工作，排空膜上压力室和膜下压力室中的水，清理土工膜，整理得到厚度为t1的土工膜在直径为d2圆孔约束条件下液胀变形和应变分布。
步骤8，相同膜厚下不同孔径约束试验：将步骤5中夹板的中心孔径分别变更换为d1、d3和d4，重复步骤2至步骤7，记录厚度为t1的土工膜在直径分别为d1、d2、d3和d4圆孔约束条件下液胀变形和应变分布发展过程，得到不同直径圆孔约束边界条件下土工膜的胀破压力，进一步整理可得土工膜液胀变形应力应变曲线，以及圆孔约束孔径与胀破压力的关系曲线。
步骤9，不同膜厚的液胀变形试验：将步骤1中的土工膜厚度变更为t2和t3，再重复步骤1至步骤7，记录直径为d2圆孔约束条件下不同厚度的土工膜液胀变形和应变分布发展过程，得到直径为d2圆孔约束条件下不同厚度土工膜的胀破压力，进一步整理可得土工膜液胀变形应力应变曲线，以及土工膜厚度与胀破压力的关系曲线。
t1＝1.0mm，t2＝1.5mm，t3＝2.0mm；d1＝5cm，d2＝10cm，d3＝15cm，d4＝20cm。
步骤4中，CCD相机标定的过程中，采用优化迭代函数对相机的内外部参数做全局优化，将定位精度不低于0.05像素所对应的CCD相机内外参数作为所求解的相机内外参数，从而避免噪声影响和计算误差。
步骤7中，计算机实时计算得到土工膜液胀变形过程中的变形和应变的具体方法为：先对同一时刻下两个CCD相机拍摄的散斑的左右两张数字图像进行立体匹配，计算得到左右两张数字图像中对应散斑点的视差，从各散斑点的视差数据和步骤4中已获得的标定后的相机内外参数，实现对土工膜表面三维形貌的重构；然后，对单个相机拍摄的一系列土工膜表面散斑变形的数字图像进行时序匹配，结合立体匹配，可计算得到各散斑点在变形过程中的空间三维坐标，进一步计算变形前后土工膜表面各散斑点的三维坐标，从而获得土工膜液胀变形过程中的变形和应变。
步骤7中，对单个相机拍摄的一系列土工膜表面散斑变形的数字图像进行时序匹配时，利用二维DIC基本原理，跟踪某个散斑点在单个CCD相机数字图像中的位置变化，结合立体匹配，计算得到该散斑点在变形过程中的空间三维坐标，进一步计算变形前后土工膜表面各散斑点的三维坐标，获得土工膜液胀变形过程中的变形的位移分布，再对位移场进行局部最小二乘拟合，经过数值差分计算得到土工膜水力液胀变形过程中的应变场。
本发明具有如下有益效果：
1.能真实还原土工膜液胀变形及胀破过程，利用三维DIC系统对液胀过程中喷有散斑的土工膜试样表面进行图像拍摄，实时进行数字化处理，精确计算土工膜液胀变形和应变，详细记录和定量描述土工膜液胀变形过程中土工膜的变形和应变情况，得到土工膜液胀变形应力应变关系和胀破压力，用于评价土工膜抗液胀破坏能力。
2.本发明试验装置中夹板中心开孔直径有四种，土工膜厚度有三种，可模拟在不同直径的圆孔约束边界条件下，不同厚度的土工膜液胀变形及破坏过程，得到土工膜厚度和圆孔约束直径与胀破压力的关系曲线。
3.本发明装置采用非接触的方式测量土工膜的液胀变形，对测量装置的抗压性能与防水性能无特殊要求，测量结果准确，测试过程简单方便，这是位移计等传统接触式变形测量方法无法实现的。
附图说明
图1显示了本发明基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置的结构示意图。
图2显示了四种不同中心孔径的夹板图。
图3显示了带散斑的土工膜的俯视图。
图4显示了不同旋转角度下标定板的拍摄图像。
图5显示了三维DIC测量流程图。
图6显示了二维DIC基本原理图。
图7显示了立体匹配原理图。
其中有：1、基座，2、膜下压力室，3、膜上压力室，4、土工膜，5、盖板，6、锚固螺栓，7-1、膜下压力控制系统，7-2、膜上压力控制系统，8-1、膜下压力室输水管，8-2、膜上压力室输水管，9-1、膜下压力室压力表，9-2、膜上压力室压力表，10、三维DIC测量系统，10-1、CCD相机，10-2、卤素灯，10-3、计算机。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置，包括压力试验系统、压力控制系统和三维DIC测量系统10。
压力试验系统包括从上至下依次同轴设置的膜上压力室3、土工膜直径调节装置、膜下压力室2和基座1。
膜下压力室与基座固定连接。
膜上压力室的顶部采用透明材料制成，优选整体为有机玻璃。
土工膜的外周边缘夹设在土工膜直径调节装置中，通过土工膜直径调节装置调节土工膜的夹设部位，从而改变土工膜的中心液胀变形区域的直径；土工膜及土工膜直径调节装置密封可拆卸，连接在膜上压力室和膜下压力室之间。
土工膜直径调节装置为中心开孔直径不等的若干套夹板，每套夹板均优选包括上下两块完全相同的盖板5。
夹板优选为四套，四套夹板的中心开孔直径分别为5cm、10cm、15cm和20cm；每次使用时，根据所需要的中心开孔直径的夹板进行安装即可。通过选择不同的开孔直径可改变土工膜液胀的约束边界条件，四种开孔直径的盖板如图2所示。
膜下压力室2和膜上压力室3均为一侧端部开口的圆柱状容器，膜上压力室3开口与膜下压力室2开口上均设有法兰盘，法兰盘上设有密封橡皮圈，通过螺栓6将膜上压力室3的法兰盘、盖板5和土工膜4锚固在膜下压力室2的法兰盘上。
膜上压力室上优选设置有膜上压力室压力表9-2，用于检测膜上压力室内的水压力。膜下压力室上优选设置有膜下压力室压力表9-1，用于检测膜下压力室内的水压力。
土工膜的上表面均匀喷洒有散斑，在三维DIC测量系统中记录的数字图像上散斑大小不低于3个像素，优选为3～6个像素，如图3所示。
压力控制系统包括膜上压力控制系统7-2和膜下压力控制系统7-1；膜上压力控制系统优选通过膜上压力室输水管8-2与膜上压力室相连接，用于向膜上压力室提供压力水。膜下压力控制系统优选通过膜下压力室输水管8-1与膜下压力室相连接，用于向膜下压力室提供压力水。
三维DIC测量系统包括卤素灯10-2、计算机10-3和两个均与计算机相连接的CCD相机10-1。其中，卤素灯同轴设置在压力室的正上方，两个CCD相机对称设置在卤素灯的两侧，两个CCD相机的中心轴线相交夹角在30°到60°之间，优选成45°。
基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，包括如下步骤：
步骤1，土工膜上散斑喷洒：将厚度为t1(优选为1mm)的土工膜至少裁剪四张，每张土工膜的单面均匀喷洒散斑，要求在三维DIC测量系统中记录的数字图像上散斑大小维持在3-6个像素，如图3所示。
步骤2，膜下压力室的安装：在基座上安装膜下压力室，并在膜下压力室内注满水。
步骤3，安装卤素灯和CCD相机：将卤素灯同轴安装在膜下压力室的正上方，卤素灯到膜下压力室顶部的距离大于膜上压力室的高度，两个CCD相机对称安装在卤素灯的两侧，两个CCD相机均与计算机电连。
步骤4，CCD相机的标定：标定时，将标定板放在膜下压力室表面，标定板的特征面面向CCD相机，调整CCD相机与标定板之间的距离和放置角度，使标定板在三维DIC测量系统中清晰呈像，标定过程多次变换其空间姿态使标定板上的特征图案具有不同的空间位置，CCD相机同时对标定板的每个姿态进行成像，通过图像处理技术识别多个特征点，利用特征点间的空间关系求解相机的内外参数。
上述标定板优选为方格尺寸为23mm×23mm的黑白棋盘格，如图4中的(a)～(d)图。
通过标定板标定能够获得左右相机的内参矩阵Al、Ar和畸变系数矩阵kr、kl，以及系统的外参矩阵包括旋转矩阵R和平移向量t。标定时，使标定板特征面面向CCD相机，多次变换其空间姿态使标定板上的特征图案具有不同的空间位置，CCD相机同时对标定板的每个姿态进行成像，共优选拍摄10组标定图片，通过图像处理技术识别黑白方格的角点，不同旋转角度下标定板的拍摄图片如图4所示，图中黑白方格各角点用数字排序，利用各角点之间的空间关系求解系统的内外部参数。
标定时由于噪声的影响和计算误差，求解的CCD双相机内外参数存在一定偏差，标定过程中需要采用优化迭代函数对相机的内外部参数做全局优化，将定位精度进一步提高，要求定位精度不低于0.05像素，最终定位精度优选为0.05像素，优化迭代函数为：
其中，n为CCD相机拍摄的标定板图像的数目，ml,j为左CCD相机拍摄的标定板图像特征点的数目，mr,j为左CCD相机拍摄的标定板图像特征点的数目，为左CCD相机第i副标定板图像上第j个特征点用非线性模型计算的图像坐标，ml,ij为由特征点提取算法识别的目标点在左CCD相机上的真实图像坐标，为右CCD相机第i副标定板图像上第j个特征点用非线性模型计算的图像坐标，mr,ij为由特征点提取算法识别的目标点在右CCD相机上的真实图像坐标。
优化之后求解得到的系统内外部参数如下：
左相机内部参数：
右相机内部参数：
左相机畸变参数：
kl＝(-0.1366 0.8737)T
右相机畸变系数：
kr＝(-0.1261 0.9449)T
系统的外参矩阵：
t＝(-321.5869 -0.1055 52.6802)T
步骤5，压力试验系统和压力控制系统组装：将步骤1中喷洒有散斑的其中一张土工膜夹放在中心开孔直径为d2(此处优选为10cm)的夹板中，并将喷有散斑的一面朝上；然后，将土工膜及夹块密封可拆卸连接在膜上压力室和膜下压力室之间；接着，对膜上压力室和膜下压力室注满水，将膜上压力控制系统与膜上压力室连接，将膜下压力控制系统与膜下压力室连接。
步骤6，上下压力室的同时加压：同时启动膜下压力控制系统和膜上压力控制系统，分别对膜下压力室和膜上压力室进行分级加压；当膜下压力室和膜上压力室内压力同时达到设定压力1.0MPa时，膜下压力控制系统和膜上压力控制系统同时停止加压，并保持压力稳定。
步骤7，液胀变形试验。
开启三维DIC测量系统，利用膜上压力控制系统对膜上压力室采用分级降压，降压速率设定为2kPa/s，并通过压力表实时观测膜上压力室内压力。与此同时，三维DIC测量系统中两个CCD相机按照设定采集速率，采集速率优选为帧/4s，即每4s对土工膜试样表面进行图像拍摄和数字化处理，对土工膜表面上的散斑进行数字图像拍摄，并将拍摄的数字图像传输给计算机，计算机实时计算得到土工膜液胀变形过程中的变形和应变，其具体方法包括如图5两个步骤。
步骤一，立体匹配：同一时刻下，两个CCD相机形成45°拍摄角度，拍摄的散斑的左右两张数字图像进行立体匹配，计算得到左右两张数字图像中对应散斑点的视差，不同角度同时对土工膜表面散斑进行拍摄，获取左右两幅图像，计算得到左右两幅图中对应散斑点的视差，并通过系统标定获得左右相机的内参矩阵Al、Ar和畸变系数矩阵kr、kl，以及系统的外参矩阵包括旋转矩阵R和平移向量t，从各散斑点的视差数据和已经获得的标定的相机内外参数计算该时刻各散斑点的三维坐标，三维坐标的计算为现有技术，这里不再赘述，从而实现对土工膜表面三维形貌的重构。
步骤二，时序匹配：对单个相机拍摄的一系列土工膜表面散斑变形的数字图像进行时序匹配，结合立体匹配，可计算得到各散斑点在变形过程中的空间三维坐标，进一步计算变形前后土工膜表面各散斑点的三维坐标，从而获得土工膜液胀变形过程中的变形和应变。
对单个相机拍摄的一系列土工膜表面散斑变形的数字图像进行时序匹配时，利用如图6所示的二维DIC基本原理，跟踪土工膜表面某个散斑点在单个相机图像中的位置变化，即从土工膜变形前图像中以某个散斑点P(x0,y0)为中心，选取一个大小为(2M+1)×(2N+1)的矩形参考子区，用f(x0,y0)表示，再从土工膜变形过程中的图像中找到一个以点P*(x*,y*)为中心的变形子区g(x*,y*)，使变形子区与参考子区相关程度最大，则P*(x*,y*)就是原始散斑点P(x0,y0)变形后的位置。然后结合立体匹配，得到变形过程中该散斑点在Z轴方向的坐标z*，立体匹配过程如图7所示，进一步得到该散斑点在变形过程中的空间三维坐标P*(x*,y*,z*)，通过计算该散斑点变形前后的坐标P(x0,y0,z0)与P*(x*,y*,z*)之差，得到土工膜表面该散斑点在X、Y和Z方向的位移u、v和w，采用相同方法，进一步计算变形过程中土工膜表面各散斑点的三维坐标，获得土工膜液胀变形的位移分布，再对位移场进行局部最小二乘拟合，经过数值差分计算得到土工膜液胀变形过程中的应变场。
上述变形目标子区与参考子区相关程度的评价由相关函数实现，相关函数利用变形目标子区与参考子区内部的灰度信息进行数学计算，获得一个量化的标量值，寻找使标量值出现极大值的目标子区作为最终的目标子区，相关函数的表达式为：
其中，u、v分别为散斑点在X和Y方向的位移，f(x0,y0)为参考子区灰度值，g(x*,y*)为变形子区灰度值，fm、gm分别为参考子区与目标子区的灰度平均值。
膜上压力室持续降压，土工膜在压力差作用下不断鼓胀变形，膜上压力控制系统自动记录降压过程，当土工膜被胀破时，记录此时的胀破压力。如当膜上压力室内压力降为0.19MPa时，土工膜被胀破，即此时胀破压力为0.81MPa。压力控制系统和三维DIC测量系统停止工作，排空膜上压力室和膜下压力室中的水，清理土工膜，整理得到厚度为t1(也即1mm)的土工膜在直径为d2圆孔约束条件下液胀变形和应变分布。
步骤8，相同膜厚下不同孔径约束试验：将步骤5中夹板的中心孔径分别变更换为d1、d3和d4，重复步骤2至步骤7，记录厚度厚t1(1mm)的土工膜在直径分别为d1(5cm)、d2(10cm)、d3(15cm)和d4(20cm)圆孔约束条件下液胀变形和应变分布发展过程，得到不同直径圆孔约束边界条件下土工膜的胀破压力(见表1)，进一步整理可得土工膜液胀变形应力应变曲线，以及圆孔约束孔径与胀破压力的关系曲线。
表1不同直径圆孔约束条件下土工膜的胀破压力
步骤9，不同膜厚的液胀变形试验：将步骤1中的土工膜厚度变更为t2(1.5mm)和t3(2.0mm)，再重复步骤1至步骤7，记录d2(10cm)圆孔约束条件下不同厚度的土工膜液胀变形和应变分布发展过程，得到d2(10cm)圆孔约束条件下不同厚度土工膜的胀破压力(见表2)，进一步整理可得土工膜液胀变形应力应变曲线，以及土工膜厚度与胀破压力的关系曲线。
表2不同厚度土工膜的胀破压力
当然作为替换，也可以得到d1(5cm)、d3(15cm)和d4(20cm)圆孔约束条件下，不同土工膜厚度与胀破压力的关系曲线，测试顺序可以根据需要进行调整。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，土工膜上散斑喷洒：将厚度为t1的土工膜至少裁剪四张，每张土工膜的单面均匀喷洒散斑，要求在三维DIC测量系统中记录的数字图像上散斑大小维持在3-6个像素；
步骤2，膜下压力室的安装：在基座上安装膜下压力室，并在膜下压力室内注满水；
步骤3，安装卤素灯和CCD相机：将卤素灯同轴安装在膜下压力室的正上方，卤素灯到膜下压力室顶部的距离大于膜上压力室的高度，两个CCD相机对称安装在卤素灯的两侧，两个CCD相机均与计算机电连；
步骤4，CCD相机的标定：标定时，将标定板放在膜下压力室表面，标定板的特征面面向CCD相机，调整CCD相机与标定板之间的距离和放置角度，使标定板在三维DIC测量系统中清晰呈像，标定过程多次变换其空间姿态使标定板上的特征图案具有不同的空间位置，CCD相机同时对标定板的每个姿态进行成像，通过图像处理技术识别多个特征点，利用特征点间的空间关系求解相机的内外参数；
步骤5，压力试验系统和压力控制系统组装：将步骤1中喷洒有散斑的其中一张土工膜夹放在中心开孔直径为d2的夹板上，并将喷有散斑的一面朝上；然后，将土工膜及夹板密封可拆卸连接在膜上压力室和膜下压力室之间；接着，对膜上压力室注满水，将膜上压力控制系统与膜上压力室连接，将膜下压力控制系统与膜下压力室连接；
步骤6，上下压力室的同时加压：同时启动膜下压力控制系统和膜上压力控制系统，分别对膜下压力室和膜上压力室进行分级加压；当膜下压力室和膜上压力室内压力同时达到设定压力时，膜下压力控制系统和膜上压力控制系统同时停止加压，并保持压力稳定；
步骤7，液胀变形试验：开启三维DIC测量系统，利用膜上压力控制系统对膜上压力室采用分级降压；与此同时，三维DIC测量系统中两个CCD相机按照设定采集速率，对土工膜表面上的散斑进行数字图像拍摄，并将拍摄的数字图像传输给计算机；计算机实时计算得到土工膜液胀变形过程中的变形和应变；膜上压力室持续降压，土工膜在压力差作用下不断鼓胀变形，膜上压力控制系统自动记录降压过程，当土工膜被胀破时，记录下此时的胀破压力；压力控制系统和三维DIC测量系统停止工作，排空膜上压力室和膜下压力室中的水，清理土工膜，整理得到厚度为t1的土工膜在直径为d2圆孔约束条件下液胀变形和应变分布；
步骤8，相同膜厚下不同孔径约束试验：将步骤5中夹板的中心孔径分别变更换为d1、d3和d4，重复步骤2至步骤7，记录厚度为t1的土工膜在直径分别为d1、d2、d3和d4圆孔约束条件下液胀变形和应变分布发展过程，得到不同直径圆孔约束边界条件下土工膜的胀破压力，进一步整理可得土工膜液胀变形应力应变曲线，以及圆孔约束孔径与胀破压力的关系曲线；
步骤9，不同膜厚的液胀变形试验：将步骤1中的土工膜厚度变更为t2和t3，再重复步骤1至步骤7，记录直径为d2圆孔约束条件下不同厚度的土工膜液胀变形和应变分布发展过程，得到直径为d2圆孔约束条件下不同厚度土工膜的胀破压力，进一步整理可得土工膜液胀变形应力应变曲线，以及土工膜厚度与胀破压力的关系曲线。
2.根据权利要求1所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：t1=1.0mm，t2=1.5mm，t3=2.0mm；d1=5cm，d2=10cm，d3=15cm，d4=20cm。
3.根据权利要求1所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：步骤4中，CCD相机标定的过程中，采用优化迭代函数对相机的内外部参数做全局优化，将定位精度不低于0.05像素所对应的CCD相机内外参数作为所求解的相机内外参数，从而避免噪声影响和计算误差。
4.根据权利要求1所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：步骤7中，计算机实时计算得到土工膜液胀变形过程中的变形和应变的具体方法为：先对同一时刻下两个CCD相机拍摄的散斑的左右两张数字图像进行立体匹配，计算得到左右两张数字图像中对应散斑点的视差，从各散斑点的视差数据和步骤4中已获得的标定后的相机内外参数，实现对土工膜表面三维形貌的重构；然后，对单个相机拍摄的一系列土工膜表面散斑变形的数字图像进行时序匹配，结合立体匹配，计算得到各散斑点在变形过程中的空间三维坐标，进一步计算变形前后土工膜表面各散斑点的三维坐标，从而获得土工膜液胀变形过程中的变形和应变。
5.根据权利要求4所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：步骤7中，对单个相机拍摄的一系列土工膜表面散斑变形的数字图像进行时序匹配时，利用二维DIC基本原理，跟踪某个散斑点在单个CCD相机数字图像中的位置变化，结合立体匹配，计算得到该散斑点在变形过程中的空间三维坐标，进一步计算变形前后土工膜表面各散斑点的三维坐标，获得土工膜液胀变形过程中的变形的位移分布，再对位移场进行局部最小二乘拟合，经过数值差分计算得到土工膜水力液胀变形过程中的应变场。
6.根据权利要求1所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：具有基于三维DIC的土工膜液胀变形测试装置，土工膜液胀变形测试装置包括压力试验系统、压力控制系统和三维DIC测量系统；
压力试验系统包括从上至下依次同轴设置的膜上压力室、土工膜直径调节装置、膜下压力室和基座；膜下压力室与基座固定连接，土工膜的外周边缘夹设在土工膜直径调节装置中，通过土工膜直径调节装置调节土工膜的夹设部位，从而改变土工膜的中心液胀变形区域的直径；土工膜及土工膜直径调节装置密封可拆卸，连接在膜上压力室和膜下压力室之间；
膜上压力室的顶部采用透明材料制成；
土工膜的上表面均匀喷洒有散斑，在三维DIC测量系统中记录的数字图像上散斑大小不低于3个像素；
压力控制系统包括膜上压力控制系统和膜下压力控制系统；膜上压力控制系统用于向膜上压力室提供压力水，膜下压力控制系统用于向膜下压力室提供压力水；
三维DIC测量系统包括卤素灯、计算机和两个均与计算机相连接的CCD相机；其中，卤素灯同轴设置在压力室的正上方，两个CCD相机对称设置在卤素灯的两侧，两个CCD相机的中心轴线相交夹角在30°到60°之间，两个CCD相机的中心轴线的相交点位于土工膜表面。
7.根据权利要求6所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：土工膜直径调节装置为中心开孔直径不等的若干套夹板，每套夹板均包括上下两块完全相同的盖板。
8.根据权利要求7所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：夹板为四套，四套夹板的中心开孔直径分别为5cm、10cm、15cm和20cm。
9.根据权利要求6所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：在三维DIC测量系统中记录的数字图像上散斑大小维持在3-6个像素。
10.根据权利要求6所述的基于三维DIC的土工膜液胀变形测试方法，其特征在于：两个CCD相机的中心轴线相交45°。
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