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。     

混凝土单轴压缩分形损伤演化的CT试验研究

在试验室对混凝土立方体试块进行了单轴压缩试验,完成破坏试验后用断层扫描CT技术研究混凝土立方体试件破坏过程的演化灾变过程,重点利用分形数学理论对混凝土试件的裂缝形成演化过程进行了分析研究,得出了一些有价值的结论。     

不同初始损伤的混凝土材料受压承载特性研究

混凝土是一种具有初始缺陷的多向复合材料,为研究混凝土材料的初始损伤对试件单轴受压承载特性的影响,结合CT和声发射,对4块不同含气量的圆柱形混凝土试块进行单轴压缩循环试验。一方面基于CT图像,利用Amira三维重建软件提取统计不同应力阶段的孔隙体积;另一方面由声发射采集的特征参数相关曲线,统计分析不同含气量的混凝土材料的Kaiser效应与Felicity效应关系。研究表明:混凝土试块含气量的提高,即试块初始损伤的增加,减少了试块弹性压缩阶段的时间。     

基于CT试验的混凝土裂纹扩展演化研究

针对混凝土宏观性能指标与破坏特性细观参数之间关系的技术难题,采用工业CT对单轴压缩条件下的混凝土试样进行了CT扫描试验;利用图像处理技术对混凝土CT图像进行分析,得到不同加载阶段混凝土孔隙和裂纹的三维细观模型及孔隙率变化规律。运用分形理论建立了CT图像分形维数计算模型,对混凝土CT图像分形特征进行了研究。结果表明:混凝土孔隙体积和分形维数的快速增大是混凝土失稳破坏的预警信息;利用混凝土CT三维重建图像结合分形理论观察研究混凝土裂纹扩展全过程,为有效分析混凝土细观损伤破坏提供了新技术。     

基于CT图像的环氧沥青混凝土压裂损伤的演化分析

针对如何合理的利用CT图像获取数据来评定环氧沥青混凝土压裂损伤的演化过程问题,本研究利用万能材料试验机对环氧沥青混凝土试件进行单轴压缩试验,运用CT断层扫描技术获取试件的CT图像,采用图像处理技术得到断面的以灰度值显示的二维CT图像,基于二维CT图像重构生成不同加载阶段试件的三维数值模型,并通过超声波环氧沥青混凝土损伤检测获取损伤值,得到压缩位移与损伤、裂缝体积与损伤的变化关系。研究结果表明:随着压缩位移和裂缝体积的增大,损伤逐渐增大,当损伤快速增大时,则预示着环氧沥青混凝土试件临近破坏。     

高温后混凝土损伤评估的声发射试验研究

为研究高温后混凝土的损伤特征,对25~900℃范围10种温度水平的混凝土立方体试块进行单轴压缩和变幅循环加卸载试验,同步进行声发射采集。试验结果表明高温后试块表观特征、受压破坏形态、力学性能、加载过程中的Kaiser效应和声发射速率过程参数均能有效表征高温对混凝土的损伤作用;以声发射速率过程理论和损伤力学建立的高温后混凝土损伤模型,实现了利用初始损伤因子D0对高温后混凝土损伤程度进行定量评估。     

不同初始损伤混凝土单轴压缩分形特征分析

混凝土是一种具有初始缺陷的多向复合材料,为研究混凝土材料的初始损伤对试件最终发生宏观失稳破坏的影响,对不同含气量的混凝土试块进行单轴压缩试验,并采用DS2系列全信息声发射信号分析仪完成混凝土压缩全过程的数据采集和三维损伤定位。基于Matlab编制的程序试件获得在不同应力阶段的声发射率的关联维数以及线性拟合相关系数。结果表明:声发射率在不同应力阶段具有明显的分形特征,可以把声发射率出现类似岩石材料的平静期效应且声发射率关联维数曲线出现最大-最小模式,作为综合判断试块失稳破坏的前兆。不同初始损伤的试块随着初始损伤的提高,声发射率关联维数曲线在临界荷载之后波动性减弱,呈现逐步下降趋势。     

含有双组平行节理岩块裂纹扩展的DDARF分析

为了研究岩块中含有的双组平行节理在岩块受力过程中的开裂、扩展情况,以及扩展过程中对于岩块内应力的影响,使用DDARF模拟了含有双组平行节理的试块的单轴压缩试验,得出了双组平行节理角度为30°时试块最不容易发生破坏,节理角度为60°时试块最容易发生破坏的结论。     

基于Micro-CT的受载煤岩裂隙孔隙时空演化规律

煤岩裂隙孔隙作为流体渗流的主要通道,其在采动应力作用下的扩展、连通演化规律,对煤岩的渗透性能具有重要影响。为深入揭示煤岩细观裂隙孔隙结构特征随轴向应力加载的演化规律,利用NanoVoxel–3502EX射线三维扫描成像系统与Deben加载试验装置进行煤岩单轴压缩Micro-CT原位扫描试验,获取不同应变条件下的实时CT数据,提取煤样的孔隙裂隙分布特征,定义空隙率并依据空隙率曲线的阶段性将煤样均匀分为3个部分(区域1,2和3),分析煤样细观结构随轴向应力的演化规律。研究表明：煤岩单轴压缩过程中呈现阶段性破裂,且裂隙、孔隙分布特征与内部应力传播有密切关联。单轴压缩下轴向应力的传递对冲使区域2首先出现裂隙、孔隙发育,而后靠近轴向应力加载压头的区域1裂隙、孔隙发育并连通,并在峰值(1 100 N)和破坏后(492 N)的孔裂隙体积表面积的最大值和体空隙率最大,而靠近轴向固定压头的区域3区段裂隙孔隙发育相对缓慢,其孔裂隙体积表面积的最大值和体空隙率最小。煤岩基质(骨架)在轴向力的作用下产生局部变形与破坏,形成孤立孔隙与微小裂隙,而裂隙、孔隙的空间展布加剧了煤岩内部应力分布的不均匀性,进而对煤岩破...     

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.     

陶粒泡沫混凝土力学性能试验研究

在前期试验研究的基础上,通过调整混凝土配合比以及在陶粒外裹水泥浆,共浇筑84块陶粒泡沫混凝土试块;对试块进行压缩试验,采用数字图像相关(DIC)技术对试件表面进行观测。研究了陶粒泡沫混凝土的破坏形态,抗压强度与密度之间的关系以及减水剂掺量、砂含泥量和陶粒外裹水泥浆对试件抗压强度的影响。结果表明:陶粒泡沫混凝土的典型破坏形态为劈裂破坏;陶粒泡沫混凝土的抗压强度和混凝土密度之间呈指数函数关系;陶粒外裹水泥浆可以提高陶粒混凝土的抗压强度,并解决陶粒在施工和运输过程中的上浮问题;陶粒泡沫混凝土的泊松比可取0.22。     

页岩细观矿物条带对其宏观破坏模式的影响研究

阐明页岩初始结构特征、破裂演化规律和破坏模式形成机制,对页岩气储层改造至关重要。鉴于此,开展单轴压缩条件下页岩的在位微米CT试验,研究页岩内部结构特征及其对页岩破裂演化和破坏模式的影响规律。基于试验结果,描述页岩在单轴压缩条件下的内部结构变化,分析基于裂纹体积的页岩破裂演化阶段,量化破坏页岩的三维裂纹发育程度和连通情况,在此基础上,归纳页岩在单轴压缩条件下的2种破坏模式,分析页岩细观矿物分布特征及其对破坏模式的影响。除此之外,根据CT图像识别的矿物分布规律,开展含矿物条带数值试样的单轴压缩模拟试验,揭示矿物条带对页岩破坏模式的影响机制。相关研究成果对页岩破裂机制和矿物增渗机制研究具有重要的参考价值,对页岩气开采方案优化设计具有明确的指导意义。     

双向荷载下混凝土的破坏机理研究

为了研究不同加载条件下的混凝土力学特性与破坏机理,利用河南理工大学的双向加载试验机,对混凝土进行双向压缩试验。通过试验对比分析发现,双轴压缩混凝土的破坏现象与单轴压缩破坏不同,混凝土的破坏属于剪切破坏,而双轴压缩混凝土的破坏属于拉-剪破坏;双轴压缩混凝土的应力应变曲线可分为三阶段,且双轴1:1压缩强度较双轴2:1高,双轴2:1压缩强度比单轴压缩高,可见中间主应力对混凝土有显著的影响。     

含不同初始缺陷混凝土单轴压缩条件下声发射特性试验研究

为探究初始缺陷对混凝土材料在单轴压缩下内部损伤破坏的影响规律,制作不同初始缺陷的立方体试块进行立方体抗压试验,并利用声发射采集系统及应变采集系统对试验的全过程进行监测,获得了可以描述立方体试块受载破坏过程的声发射事件率-时间柱状图、振铃计数率-时间柱状图、声发射事件率与应变-时间关联曲线图。结果表明:不同初始损伤下的立方体试块在受载破坏中均经历初始压密(I)、线性扩展(II)、稳定增长(III)以及失稳破坏(IV)四个阶段,并且随初始损伤的逐渐提高,压密阶段时间不断增长,"双峰"特征越趋于不明显,其立方体抗压强度显著降低。通过振铃计数计算得到的损伤变量绘制成损伤曲线可以较好反映出立方体受载破坏的各应力阶段。     

冻融–受荷协同作用下砂岩细观损伤演化CT可视化定量表征

冻融循环是导致寒区受荷岩石发生加速风化破坏的重要因素，而精细化认知冻融–受荷协同作用下砂岩损伤演化及内在机制，对于准确理解寒区岩石全过程损伤特性具有重要指导价值。开展冻融–受荷协同作用下砂岩损伤过程原位CT实时扫描试验，基于CT图像交互式阈值分割和三维孔隙结构模型重建方法，实现单轴压缩过程中冻融砂岩内部孔(裂)隙演化的精细化识别和可视化定量表征，并运用格子玻尔兹曼法进行冻融–受荷协同作用下砂岩孔隙结构连通变化的三维模拟，明确冻融–受荷条件下砂岩细观结构损伤演化规律。结果表明：(1)冻融砂岩孔(裂)隙结构损伤具有连续演进特征，但损伤演化速度存在突变现象，其中，孔(裂)隙的体积陡增可作为岩样临兆破坏信号。(2)区别于常规加载作用，冻融后砂岩单轴压缩破坏由单一贯通剪切面的破坏向拉–剪混合破坏转变，且破坏面数量随冻融次数的增加而显著增多。(3)岩样孔道数目随冻融次数增加而增加，且隙间连通性趋于增强；试样的最大孔隙半径、孔道数目、最大孔道半径、孔隙度等随荷载的增加而变大。冻融–受荷协同作用下砂岩压缩破坏系孔隙与孔道持续错动、扩展的累积效应的结果。(4)低次冻融循环砂岩受荷破坏后，内部孔(裂)隙结...     

高韧性水泥基复合材料ECC的材性及其有限元应用研究

针对一组聚乙烯醇纤维体积掺量为1%的高韧性水泥基复合材料ECC配合比,进行了单轴拉伸、轴心抗压和四点弯曲试验。根据单轴拉伸、轴心抗压试验应力-应变曲线,基于LS-DYNA拉/压弹塑性材料模型定义了ECC材料的本构关系并进行了弯曲试验的模拟。结果表明,ECC试块相对于普通混凝土试块表现出较高的延性特征,并给出了基于ECC试块工程应力-应变曲线和LS-DYNA拉/压弹塑性材料模型合理定义ECC材料本构关系的有限元方案。     

采用形状记忆合金的主动约束混凝土的试验研究

这项试验主要借助新型活性约束技术研究约束混凝土的单轴压缩性能。采用热触发的预应变形状记忆合金(SMA)螺线恢复应力来施加混凝土圆柱试块主动侧限压力。首先,利用热力试验确定选用的螺线恢复应力和预应变损失。其次,单独利用SMA螺线或与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)共同约束混凝土柱块。对约束混凝土柱块进行压缩试验,比较它和仅用GFRP被动约束柱块性能的不同。结果表明,SMA螺线在单调及反复加载下具有稳定的恢复应力。试验中测到的预应变损失很少,因此,它对约束混凝土的受力没有影响。试验结果表明,SMA螺线对混凝土试块上主动侧限压力大及稳定的情况是有效的。此外,相比GFRP被动约束混凝土柱块,SMA螺线的极限应变得到明显提高,而强度只是略有提高。     

基于压电阻抗测试的混凝土试块弹性模量监测研究

基于压电阻抗技术对混凝土试块弹性模量在固化过程中发展进行了监测试验研究。用阻抗分析仪测得黏贴在不同配合比的混凝土试块的压电陶瓷在不同龄期下的电导纳信号,并对28 d龄期内不同配合比的混凝土试块进行弹性模量测试,然后采用共振频率偏移指标来评价混凝土固化过程中的变化。通过回归分析建立共振频率偏移与混凝土试块弹性模量之间的关系,建立的计算式用来监测混凝土弹性模量发展。结果表明,压电阻抗方法可用来监测混凝土弹性模量在固化过程中的变化。     

多孔混凝土裂缝扩展三维数值模拟

采用数字图像技术及MATLAB程序,将多孔混凝土切面的二维图像处理为代表骨料与砂浆的二维矩阵,利用有限元软件建立了基于真实细观结构的多孔混凝土三维数值模型,对多孔混凝土在单轴受压作用下的裂纹扩展、贯通及破坏的过程进行演化模拟。结果表明:压应力通过骨料纵向传播,上层存在孔隙的骨料区会产生拉应力。裂缝最早发生在开口孔隙边缘的骨料上和骨料与砂浆的粘结薄弱区,然后沿骨料边缘扩展,并与孔隙贯通,直至失稳破坏。