随着我国经济和科技的快速发展,工程建设的规模日益扩大,为了满足越来越多的大型结构、桥梁的现场测量需求,需要土木工程实验技术的不断创新和发展。应变片、位移计、百分表等传统的测量方法受到测量条件的限制,往往只能获得单点单方向的近似变形量,而数字图像相关方法作为一种全场、非接触的光学测量方法,可以反映试件全面的变形情况。但是针对工程中的大型构件、无法接近的桥梁等情况,普通的三维数字图像相关技术面临着标定困难、精度不够高等问题。因此本文以工程应用为目标,采用了基于散斑自标定的三维数字图像相关系统,对该系统的基本原理、硬件搭建、测量精度等进行了研究分析,能够符合工程测量的实验需求。将自标定数字图像相关系统应用到木结构变形、大型罐体跌落等工程实验中去,测量参数包括测量点追踪、三维位移、全场应变等。为了实现在工程现场的远距离测量,本文搭建了一套基于自标定数字图像相关方法的图像采集系统,给出了系统硬件的设备参数和布置方案。阐述了三维数字图像相关的基本技术以及利用散斑图像匹配自标定相机外参的核心原理,比较了自标定方法相对于标定板标定的优点。将测量精度分为位移和应变两方面,通过设计精度验证实验,对搭建的自标定数字图像相关方法的测量精度进行研究。以加载位移为参考,自标定数字图像相关系统面内位移的精度可以达到0.3%,离面位移精度可以达到0.6%,与同时进行测量的普通三维数字图像相关系统精度基本一致。对于应变测量精度,在测量同一个四点弯梁变形时,结果表明两套数字图像相关系统的平均相对误差为4%,绝对误差在50με以内,同时与应变片测量相对误差约为6%,可满足工程测量的要求。针对结构的远距离变形测量需求,将自标定数字图像相关系统运用到木结构榫卯节点抗拉性能实验中,实现了对几种不同加固形式的木结构榫卯构件的全场动态变形测量。实验得到了构件全场的变形场,追踪测点在实验过程中的位移,与位移计的相关数据相吻合,绘制了结构的弯矩-转角曲线,为木结构加固提供实验依据。自标定数字图像相关是实现大视场测量的有效途径,运用该系统对球墨铸铁高完整性容器的自由下落及碰撞地面过程进行监测,得到了该大型容器跌落瞬间表面的全场位移和应变情况,并与利用动态应变仪获得的测点应变值进行对比,在碰撞点附近和罐体母线方向的测量结果相吻合,获得了容器在受冲击情况下的力学性能,为工程实际测量提供了可靠的手段。