基于CT的混凝土试样静动力单轴拉伸破坏裂纹分形特征比较研究

为了能定量地利用CT数资源研究混凝土静动力强度特性及裂纹演化规律,利用适合CT扫描仪的便携式动力加载设备,对圆柱体混凝土试样进行单轴静动力拉伸CT试验,并利用编制的差分盒维数计算程序计算CT扫描断面的分形维数,以此为基础从细观层面上比较分析混凝土静动单轴拉伸强度特性、受力破坏机制及裂纹分形特征。结果表明:静力拉伸荷载条件下混凝土破坏时裂纹扩展速度慢,破裂面粗糙曲折,裂纹绕着骨料追随最薄弱界面发展;动力拉伸时裂纹扩展速度快,破裂面较平直,裂纹切割骨料追随能量释放最快路径发展;静动力拉伸CT扫描断面分形特征明显,分形维数随裂纹扩展成规律发展,能较好地反映出混凝土材料损伤裂纹的演化规律,可以定量表述试样的破损程度,可作为裂纹演化的定量参数。     

基于SEM和ICT的建筑垃圾再生砖细观破坏机理

以建筑垃圾再生砖为研究对象,进行了单轴压缩试验,拟合了应力-应变曲线,采用扫描电镜(SEM)对再生砖的细观结构进行观测,利用工业CT获得了再生砖压缩破坏过程中的裂纹分布特征,并借助分形理论进行分析裂纹演化特征。研究结果表明:建筑垃圾再生砖具有较大的孔隙率,存在诸多的初始缺陷,裂纹容易最先在这些薄弱环节出现。水泥石将骨料包裹起来形成筋络结构可分割破坏区,延缓裂缝的伸展及汇聚过程,可有效提高再生砖的强度。同时再生砖具显著的不均匀性,在荷载作用下不同断面的分形维数的变化规律有较大的差异,断面上平均强度越高,分形维数的变化越平缓,反之则变化要更剧烈,但整体物理性能与混凝土是相似的。CT和SEM结合可有效地对建筑材料的微观结构和破坏机理进行分析,为进一步揭示再生砖的细观损伤破裂机理奠定基础。     

三轴应力下致密砂岩裂纹展布规律及表征方法

利用三轴试验机和CT扫描设备,开展了多组不同围压作用下的致密砂岩三轴压缩试验及CT扫描试验,得到了不同三轴应力条件下砂岩破坏裂纹的CT图像;利用图像处理技术和统计学原理提取了裂纹展布的几何形态。引入裂纹的宽度、长度、面积和分形维数等几何参数描述了破坏裂纹的空间形貌,分析了不同围压条件下岩石破坏裂纹面积、长度、宽度和分形维数的分布特征,揭示了围压应力对上述裂纹几何特征的影响规律。研究表明：围压应力对破坏裂纹的面积、长度、宽度和分形等几何特征有显著的影响,低围压条件下,裂纹的面积、长度和宽度都较小,随着围压的增加裂纹的面积、长度和宽度也增大,且概率密度分布函数有了明显的差异;破坏裂纹的分形维数随着围压的增大呈指数递减趋势,低围压条件下裂纹的分形维数大,说明裂纹形态复杂,曲线边界粗糙,产生的小裂纹较多,且相互交错分布,形成的裂纹网络结构占据了整个试件二维横截面图。随着围压的增大,破坏裂纹的分形维数减小,说明裂纹形态趋于规则,小裂纹减少,形成了近似直线的光滑主裂纹。     

基于图像分析的透水混凝土孔隙研究

通过对透水混凝土试块打磨并拍摄图像,利用MATLAB、IMAGE PROPLUS与IMAGE J对透水混凝土截面孔隙进行二值化处理与分析,获得孔隙面积、分形维数等参数,分析骨料粒径、水灰比对等效孔径大小及分形维数的影响,并研究了孔隙分形维数与实测孔隙率的关系.结果表明,粗骨料最大粒径和透水混凝土的目标孔隙率是影响透水混凝土内部孔径及分形维数的主要因素,而水灰比对其影响很小.实测孔隙率能达到目标孔隙率的85％以上,与孔隙分形维数呈现良好的线性关系.     

基于破损演化理论的混凝土CT图像定量分析

通过对混凝土CT图像影像特征的分析可以研究混凝土内部细观结构及裂纹变化的特点,但当前国内对混凝土的CT试验研究很少。将破损演化理论应用于混凝土CT图像的定量分析,利用完整度和破损度的变化分析试样各点的强度变化,解决了CT数分布范围广、不利于定量分析的问题;利用λ–水平完整域和λ–水平破损域实现从细观到宏观分析的过渡;进一步利用λ1–λ2截理的概念从CT图像中分别提取出裂纹区域、骨料区域、砂浆区域以及空气区域。提出量测各区域大小的方法,实现对混凝土各物相的分区描述,并在此基础上探讨破损演化理论在混凝土CT试验研究中的应用前景。     

混凝土孔隙面分形特征与测试方法研究

为了更好地确定混凝土孔隙的面分形维数,完善混凝土孔隙分形的相关研究,采用液态硫磺浸渍样品,利用反光显微镜采集图片,并结合图像分析软件分析图片和处理数据,以获得不同龄期和不同掺和料下混凝土孔隙的面分形维数,并对面分形维数变化与强度变化之间的关系进行了探讨.结果表明:混凝土孔隙的面分形维数会随着龄期的变化而变化,不同掺量的掺和料会对面分形维数产生不同影响,但相同掺量、不同掺和料的面分形维数却变化不大;面分形维数与强度呈反比,两者具有一定相关性,且相关系数一般在0.90以上,掺和料的活性与掺量会对上述相关性产生不同影响.     

裂纹长度对混凝土材料细观损伤演化的分形研究

材料非均质性及裂纹长度对类岩石材料的细观力学机制和宏观非线性力学行为具有重要影响。结合数字图像处理技术（DIP）及岩石破裂过程分析系统（RFPA2D）建立了含不同裂纹长度混凝土的真实细观结构数值模型，研究了3组含不同长度裂纹混凝土材料的裂纹扩展特征及细观损伤力学特性。研究表明，裂纹长度对混凝土裂纹扩展有显著影响，表现为其峰值强度随着裂纹长度的增加而降低；砂石骨料对裂纹起裂与扩展具有抑制作用，材料细观非均匀性是形成裂纹不规则扩展路径的本质原因。应用分形理论对材料细观损伤演化过程进行刻画，采用基于声发射场的盒维数作为表征材料细观破裂的参量，将材料的宏观破坏与其内部破裂演化统一起来，为定量研究类岩石材料的损伤演化提供了新途径。     

基于CT试验的高强高性能混凝土高温下孔隙分析

为探讨高强高性能混凝土高温爆裂机制,基于CT扫描技术,对掺与不掺聚丙烯纤维的C80高性能混凝土高温下内部孔隙的发生、发展、劣化过程进行研究,并利用计盒法估算孔隙分形维数。CT切片分析表明:随着温度升高,C80混凝土内部孔隙面积、数量总体呈增大趋势,掺0.2%聚丙烯纤维混凝土的孔隙劣化较素混凝土快;素混凝土(除300℃外)、掺0.2%聚丙烯纤维混凝土的各孔径范围内孔隙数量总体增大,在此过程中,10~20μm孔径的孔隙数量始终占比最大;分形维数总体均呈增大趋势,掺0.2%聚丙烯纤维混凝土的分形维数增幅较素混凝土大;素混凝土的分形维数在400℃前小幅增加,400℃后增加明显,掺0.2%聚丙烯纤维混凝土的分形维数在500℃后增加显著;分形维数的变化情况与混凝土内部孔隙劣化规律一致。     

基于X射线CT的混凝土内部裂纹识别研究

利用医用CT设备采集了完整单轴压缩作用下的混凝土断面图像,分别采用阈值分割、聚类和图像差值三种算法提取了混凝土内部裂纹,讨论了三种算法提取混凝土内部裂纹时各自的优缺点,并对裂纹提取结果进行分析和评价。结果表明:阈值分割和聚类算法均难以区分裂纹和孔隙,图像差值算法不仅可以较好地提取裂纹,还能区分裂纹与孔隙;阈值分割和图像差值算法均需要通过大量试验确定合理阈值,聚类算法不需要设定阈值,可以避免选择阈值导致的人为误差;基于差值算法得到的差值图像可以定量描述裂纹的演化过程;随着CT设备的不断发展,图像差值算法将在混凝土细观结构研究中应用越来越广泛。     

桥梁用高性能混凝土养护龄期对弹性模量和孔隙结构的影响

混凝土养护龄期对混凝土弹性模量和和孔隙结构都会产生重要影响,通过研究桥梁用C50高性能混凝土的弹性模量随龄期增长的发展规律,利用压汞测试仪对龄期为5、28 d混凝土的孔隙结构进行了测试,并引入分形理论分析了混凝土的孔隙结构,进而分析了养护龄期对弹性模量和孔隙结构的影响。结果表明:养护龄期对混凝土性能和孔隙结构有较大的影响,混凝土表观性能与孔隙结构之间存在密切关系;随着混凝土养护龄期的增大,混凝土弹性模量不断增大,混凝土孔隙率不断减小,同时孔径分布更加均匀,混凝土更加致密。分形维数和孔隙率变化趋势相反,分形维数随孔隙率增大而减小,混凝土的孔体积分形维数随弹性模量的提高而变大。     

混凝土三维细观数值模拟与CT试验研究

为了研究混凝土材料的细观结构破坏机理,将其视为由骨料、界面、水泥浆和孔隙组成的复合材料。利用微焦点工业CT对试件进行扫描,获得高精度CT图像。通过图像处理与分割,应用Mimics软件建立三维数值模型,采用有限元软件ANSYS进行数值模拟并与试件单轴压缩CT原位扫描试验进行对比。结果表明:试件内部界面是其薄弱部位,裂纹首先在界面处产生,沿界面扩展到水泥浆,同时裂纹也会穿过部分骨料,最终贯通形成破裂面。通过对比发现数值模拟高应变区的萌生、扩展、联通与试件单轴压缩CT试验的破坏过程以及最终的破裂面形状都具有一致性,表明该建模方法是可行性。该模型能够充分反映试件内部真实结构特征,为数值方法研究混凝土材料细观特性提供了建模手段。     

基于CT和声发射的混凝土材料细观破坏研究

为了描述混凝土材料细观损伤破坏过程,将单轴压缩下混凝土试块的CT实验和声发射损伤定位实验相结合,利用Amira三维重建软件,统计单轴压缩下混凝土试件不同应力阶段的孔隙体积和孔隙质量中心坐标。研究表明:单轴压缩下的混凝土试块经历弹性孔隙压缩阶段,裂纹稳定拓展阶段和裂纹非稳定拓展三个主要变形阶段,试块损伤从散乱无序到逐渐有序,丰富了定量描述混凝土细观破坏过程的有效手段,为进一步探索混凝土材料细观破坏的机理奠定基础。     

混凝土拉伸荷载条件下细观破损过程的CT试验研究

对静力、动力拉伸荷载条件下混凝土的细观破损过程进行了CT试验研究,获得了试样内部裂纹萌生、扩展、贯通的全过程CT图像。通过对CT图像及图像兴趣区中整体统计区域、局部统计区域CT数均值的分析,研究了混凝土拉伸荷载条件下细观破损过程。结果表明:静力拉伸荷载条件下,裂纹在界面的薄弱区域形成后逐渐往相邻的薄弱部位扩展,两个统计区域CT数均值呈降低趋势,试样破坏时伴有少量骨料被拉断的现象;动力拉伸荷载条件下,裂纹从界面薄弱区域形成后追随最快的路径扩展,局部统计区域CT数均值呈下降趋势,而整体统计区域CT数均值变化幅度较小,破坏后骨料沿界面脱离砂浆粘结,且试样破裂面更为平整;由于加载速率的提高,骨料被拉断的现象非常显著。     

生态多孔混凝土孔隙结构特征计算方法

制备生态多孔混凝土试件,切片后,采用数字图像处理技术,通过对切片处理方案的选择对比,选取合理的切片图像处理方案;应用PS、MATLAB、IMAGE PRO PLUS、IMAGE J等软件对多孔混凝土试件切片切面进行处理分析,计算试件的图像分析孔隙率,与实测孔隙率比较分析;用数盒子数法计算生态多孔混凝土试件孔隙结构分形维数并建立其孔隙结构特征与分形维数的关系。试验结果表明:各生态多孔混凝土试件的实测孔隙率都不相同,但都在20%～30%的目标孔隙率之间;各生态多孔混凝土试件的分形维数都不相同,说明了生态多孔混凝土孔隙结构的复杂性、不规则性和多样性;分形维数与实测孔隙率密切相关。     

基于数字图像技术的深埋隧洞围岩 卸荷劣化破坏机制研究

 ：卸荷状态下围岩的破坏机制比较复杂,受到多种因素影响,与传统的加载模式有本质区别。以锦屏地区板岩为研究对象,进行岩石力学性质试验和细观结构试验,研究卸荷后板岩力学性质变化和微裂纹细观结构参数的统计规律。通过采用Monte Carlo模拟,形象地再现了卸荷后板岩微裂隙的空间分布,最后得到不同围压、不同阶段卸荷破坏的岩石细观损伤的分形维数。将卸荷岩体的力学性质参数和细观损伤分形维数联系起来,为从传统力学方法研究岩石的损伤和破坏过程提供依据。研究结果表明,随着围压增大,卸荷岩体分形维数增大,相同围压下的岩体,峰后卸围压的分形维数大于峰前卸围压的分形维数。     

基于CT处理技术的混凝土破坏过程的分析

对混凝土试件进行单轴压缩实验,并利用CT技术扫描混凝土试样,获得混凝土内部细观破坏过程的CT图像.通过Amira软件图像处理技术提取混凝土试块孔隙,并对对混凝土试块不同加载阶段的孔隙进行统计计算,作出孔隙体积与压力的变化曲线,分析外部荷载和孔隙体积之间的关系。结果表明:在单轴压缩条件下,可以用孔隙体积的变化来描述混凝土的破坏过程。     

混凝土孔隙分形特征的研究

用分形理论对混凝土孔隙的特征进行了分析评价,尤其是对混凝土断面的扫描电镜照片,用分形几何的方法测试分析,得到了断面孔隙形貌的分形维数,可以直接用于描述混凝土孔隙的复杂程度。此外,采用压尔测孔方法测试了基准混凝土的孔分布曲线和掺加超细粉煤灰的混凝土的孔分布曲线,并用分形理论分析了其特征,得到了相应在的分形维数,评价了混凝土孔体积的分形特征,这些方法对描述水泥基多孔复合材料的孔隙特征十分有效。     

混凝土孔隙分形与其徐变特性关系的试验研究

孔隙分形维数是表征材料孔隙分布特征的统计参量,与材料力学强度之间必然存在一定联系。采用压汞测孔法对不同龄期的混凝土试块的孔隙体积分形特性进行了试验研究,得到了孔隙体积分形维数随龄期的变化规律;结合混凝土的徐变特性试验,探讨了孔隙体积分形维数与徐变特性之间的关系。试验结果表明:孔隙体积分形维数随龄期的增长而呈对数型增长,且随着混凝土的孔隙体积分形维数的增大,其徐变变形量和徐变变形率均有所减小。因此,孔隙体积分形维数通过表征孔隙的变化特性间接反映了混凝土强度的变化,表现出了分形维数与宏观力学强度之间的某种关系。本文仅供工程人员参考。     

混凝土孔隙分形与其徐变特性关系的试验研究

孔隙分形维数是表征材料孔隙分布特征的统计参量,与材料力学强度之间必然存在一定联系.采用压汞测孔法对不同龄期的混凝土试块的孔隙体积分形特性进行了试验研究,得到了孔隙体积分形维数随龄期的变化规律,结合混凝土的徐变特性试验,探讨了孔隙体积分形维数与徐变特性之间的定量关系.试验结果表明:孔隙体积分形维数随龄期的增长而呈对数型增长,且随着混凝土的孔隙体积分形维数的增大,其徐变变形量和徐变变形率均有所减小.因此,孔隙体积分形维数通过表征孔隙的变化特性间接反映了混凝土强度的变化,分析了分形维数与宏观力学强度之间的关系.     

掺锂渣再生混凝土细观结构与抗压强度关系研究

基于计算机图像处理技术,从掺锂渣再生混凝土的CT图像中提取出孔隙结构,利用IPP和FractalFox软件对不同再生粗骨料取代率和不同锂渣掺量立方体试件的孔隙率、分形维数、形状因子进行了计算与统计,并对孔隙特征与立方体抗压强度进行了关联性研究。结果表明:掺锂渣再生混凝土的孔隙率与立方体抗压强度满足三次方程关系;一定范围内,孔隙形状因子与抗压强度之间的关联性良好。