混凝土梁破坏过程声发射特性试验研究

研究了混凝土三点弯曲梁破坏过程的声发射(AE)特性。结果表明,混凝土梁在三点弯曲受载过程中声发射试验较好的监测了混凝土梁断裂破坏的全过程;在三点弯曲状态下,混凝土梁声发射信号参数经历可以分为4个阶段:初始压密阶段、稳定扩展阶段、起裂阶段和断裂破坏阶段;得到了三点弯曲梁受载过程中声发射损伤定位随时间的变化经历图。     

混凝土材料声发射过程分形特征及其在断裂分析中的应用

为了寻求混凝土材料声发射过程与断裂演化之间的关系,从实验入手,首先给出了声发射过程关联分维函数的概念,并通过实验,证明了声发射过程分形特征的存在。然后,通过混凝土试块的三点弯曲实验,分析了材料断裂过程中声发射关联数的变化规律。进而确定了混凝土试块在临界断裂时的分形特征识别模式。研究结果表明,混凝土材料的声发射过程不仅具有明显的分形特征,而且在临界状态下,知声发射分形特征参数都表现出一定的异常“模式”,这种识别模式可以作为材料出现临界断裂的识别特征。     

掺纳米SiO_2的钢纤维混凝土梁声发射特性试验研究

研究了普通混凝土(NC)、钢纤维混凝土(SFRC)和掺入纳米SiO_2钢纤维混凝土(NSFC)三种材料,在四点弯曲负荷下,声发射参数随着荷载增加而变化的情况,及声发射信号的分布规律及其同混凝土抗折强度及断裂能之间的对应关系。结果表明,声发射信号能量的突变反应了试件荷载和位移的突变,到达时间-能量曲线上的第一个突变点对应的就是荷载-位移曲线的初裂点的荷载和位移,纳米SiO_2的掺入显著的增强了声发射信号强度,声发射事件持续时间最长,可更加明确的确定起裂点。NSFC具有比SFRC更高的韧性,抗弯强度高。掺入纳米SiO_2可使声发射试验结果具有良好的稳定性,更容易对混凝土梁断裂过程初裂点和破坏点进行识别,推测梁的初裂荷载和极限承载力,并对结构的可能破坏进行预警。     

花岗岩三点弯曲条件下声发射定位技术研究

本文通过应用加拿ESG公司生产的声发射系统,实验研究了花岗岩三点弯曲状态下其裂纹的扩展过程,分析了在三点弯曲实验条件下,分析了岩样加载过程四个阶段不同声发射活动特征,同时通过声发射事件定位很好的反映了裂纹扩展的空间位置,为建筑材料的无损监测提供了手段.     

声发射参量在混凝土断裂过程中的分布特性分析

声发射技术已广泛应用于混凝土损伤断裂的研究。为研究声发射参量在混凝土断裂过程中的分布特性,设计了4根长2 200 mm的混凝土三点弯曲梁试件,对其进行全过程损伤断裂试验。通过分析试验过程中采集的声发射信号,得到了在混凝土起裂阶段、稳定扩展阶段和失稳扩展阶段的声发射振铃计数分布特性、声发射信号幅值分布特性和振铃计数与荷载曲线的关系,从声发射参量的角度揭示了混凝土的损伤断裂机理,为更深入的研究奠定了基础。     

混凝土材料断裂的声发射自相似性识别特征

将对材料声发射的研究,力学过程的研究,同对材料断裂损伤等破坏过程的研究相似结合,提出了声发射过程的概念。给出定量考察声发射过程的自相似性特征函数。并在此基础上,根据混凝土试块的三点弯曲试验,确定出了混凝土试块断裂的声发射自相似性识别特征。     

基于声发射及其定位技术的岩石破裂过程研究

应用声发射及其定位技术,采用实验手段研究了不同加载方式(单轴加载、巴西劈裂及三点弯曲条件下)不同尺寸岩石以及不同岩样破裂失稳过程.实验结果表明,在岩石弹性变形阶段,声发射事件定位位置为岩样内部的应力集中位置;随着加载的进行,声发射仪器精确地定位出其裂纹初始位置、扩展方向,并直观地反映出其内部裂纹稳定扩展过程.从巴西劈裂实验的声发射事件定位结果可以看出,初始裂纹产生的位置具有随机特性,且初始裂纹产生是诱发岩石破裂失稳的首要因素.岩样尺寸影响其破坏模式,受加载过程裂纹初始时序不同影响其声发射活动规律表现不一致;不同岩样声发射活动随应力变化呈一定的规律性,其中砂岩在加载过程其声发射活动具有突跳特性,这主要与岩石均质程度相关.声发射定位结果直观地反映岩样内部裂纹初始、扩展的空间位置,这对于深入研究岩石破裂失稳机制具有一定的意义.     

混凝土声发射规律的协同学研究及可视化模拟

混凝土破裂过程中声发射现象能够很好地揭示混凝土破裂机理.首次利用协同学的基本原理,对混凝土破裂过程中声发射现象进行了探索性研究,并通过混凝土破裂过程中内部结构状态变化(损伤演化)和声发射特征的对应关系,从更深层次上认识混凝土的破裂机理.首先分析了混凝土声发射参数与损伤演化的关系,并以声发射事件计数率作为混凝土破坏过程的序参量,建立了混凝土声发射序参量的演化方程,求出了其定态和非定态解,并分析了其科学意义,对混凝土声发射的协同特征进行了全面描述.最后,应用RFPA软件对混凝土声发射进行模拟,首次应用数值模拟的方法验证了混凝土声发射的协同效应,从而进一步证实了研究结果的准确性和利用协同学研究混凝土声发射的可行性,为混凝土声发射技术的工程应用提供理论依据;同时,所做的数值模拟工作,也为混凝土破裂机理研究提供了新的手段,即数值试验手段.     

FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁断裂参数的影响

为探讨纤维增强复合材料(FRP)加固带裂缝混凝土结构的最优性价比,采用损伤断裂试验,研究了FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁试件断裂参数的影响.通过在混凝土三点弯曲梁试件表面粘贴应变片,测试了FRP加固混凝土开裂破坏起裂荷载;利用夹式引伸计测得荷载-裂缝口张开位移曲线,根据改进的断裂韧度计算公式,计算出FRP黏结长度不同的混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c,失稳韧度K■和起裂韧度K■.结果表明:对于相同初始裂缝深度的混凝土三点弯曲梁试件,FRP加固混凝土的峰值荷载随着FRP黏结长度的增加而增大,K■和K■均随着FRP黏结长度的增加先增大再减小,当FRP黏结长度为25mm时,FRP加固混凝土三点弯曲梁试件K■和K■的平均值均达到最大,阻裂效果最佳;采用声发射(AE)无损检测技术,对上述混凝土断裂过程中的声发射参量进行识别和采集,发现对于初始缝高比为0.4的FRP加固混凝土三点弯曲梁试件而言,其FRP最佳黏结长度为25mm.     

冻融后煤矸石混凝土受压损伤声发射特性

为了研究冻融循环作用后煤矸石混凝土的受压损伤特性,基于声发射技术,对冻融循环作用0,25,35,45次后的煤矸石混凝土进行单轴抗压试验,对煤矸石混凝土受压破坏全过程中的损伤特性进行动态分析;依据冻融循环后煤矸石混凝土受压破坏过程中所释放的声发射能量,对其内部损伤程度进行定性分析,并依据声发射事件累计计数建立了煤矸石混凝土损伤演化模型.研究表明:随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土的初始损伤程度增大,峰值应力减小,脆性表现明显;依据声发射事件累计计数建立的损伤演化模型与试验结果符合较好,为研究冻融环境下的煤矸石混凝土损伤演化规律提供了参考.     

基于声发射定位的自然裂隙动态演化过程研究

 利用MTS815岩石力学试验机和PCI-II声发射三维定位实时监测系统对取自锦屏II级水电站交通辅助洞的含自然裂隙大理岩岩样进行单轴压缩条件下的声发射(AE)测试,并结合AE振铃数实现对不同空间分布类型自然裂隙时空演化过程的精确定位和追踪。试验结果表明：含自然裂隙大理岩岩样受压破坏过程中的局部渐进特征显著,AE累计数曲线的上升与试验的加载过程和岩样内部的应力调整关系密切;单一型和平行型自然裂隙空间分布形式相对简单,在压应力水平较低时AE大事件(振铃数＞20)随着压应力的渐增沿自然裂隙面展布,当压应力接近峰值强度时,AE大事件在裂隙面末端部位大量集聚,并朝着最终的实际破裂方向扩展;含交叉型自然裂隙岩样体内的AE大事件在初始压密阶段分布相对均匀,但随着压应力的持续增加,裂隙面附近的AE数量逐渐增加,并向裂隙面的交叉部位集聚;混合型自然裂隙结构最复杂,但仍不难根据AE大事件的空间分布确定岩样内部的软弱部位及相应的应力场变化规律。以上试验和分析结果对于深入研究岩体破裂失稳机制具有一定的意义,也可为现场微震监测提供指导。     

饱水对花岗岩声发射平静期影响的实验研究

通过对干燥和饱水花岗岩进行单轴加载声发射实验和扫描电镜实验,研究饱水对花岗岩破坏前声发射平静期的影响。结果表明:干燥和饱水花岗岩破裂前声发射事件率均出现平静期,干燥花岗岩在峰值载荷的54.89%时进入声发射平静期,饱水花岗岩约为峰值载荷的89.87%;干燥花岗岩平静期内AE事件率小且恒定,AE能率较高,饱水后平静期内AE事件率增大,AE能率减小;干燥花岗岩平静期内声发射波形信号的熵值为1.5~2.5,饱水花岗岩为0.5~1.5;饱水改变了花岗岩的微观破裂模式,这为水是如何影响岩石的声发射特征提供了理论依据。实验结果丰富了对岩石声发射平静期的认识,这对岩石破裂声发射监测中前兆现象的识别具有重要意义。     

基于单键群方法的岩石破裂声发射时空分布特征的试验研究

 基于声发射定位技术和单键群方法,对在单轴压缩条件下岩石破裂过程中的声发射空间相关长度的变化特征进行试验研究。利用单键群构架的键长分布对声发射事件进行分色,可定量确定声发射事件集中程度。研究结果表明：基于单键群方法,影响声发射空间相关长度变化的因素有2个,一是应力的释放导致空间相关长度的下降;二是应力场的转移导致空间相关长度的增长。根据声发射空间相关长度变化的不同,可将岩石岩样分为3种类型：(1) 破坏前无明显塑性变形阶段的岩石岩样,空间相关长度呈现以幂律为特征的加速增长态势,且在岩石破坏前达到最大值;(2) 对于破坏前有明显塑性变形阶段的岩石岩样,在塑性变形阶段,应力场的转移和岩石内部局部塑性2种因素的影响使得空间相关出现或增长或下降的波动现象;(3) 对于加载过程中出现明显局部裂纹的岩样,局部破裂会导致声发射事件群集,致使空间长度减小,但是对于岩石整个破坏过程,空间相关长度呈现整体的增长趋势。单键群构架的键数具有分形特征,其反映的声发射事件的空间演化特征与空间相关长度所反映的情况一致。空间相关长度的增长反映了岩石内部应力场的长程转移过程。在塑性变形阶段,空间相关长度与之前阶段变化的差异对于预测岩石的破坏具有重要意义。     

页岩水力压裂物理模拟与裂缝表征方法研究

 采用真三轴岩土工程模型试验机、压裂泵伺服控制系统、Disp声发射三维空间定位技术、试验前后工业CT扫描水力压裂缝扩展形态的方法,建立一套页岩水力压裂物理模拟与压裂缝表征方法。由页岩水力压裂物理模拟试验可得：(1) 采用Disp声发射八探头三维空间定位监测方法,能实时有效地监测水力压裂缝的起裂位置;(2) 采用水力压裂后追踪红色示踪剂痕迹的方式,可实现水力压裂缝的空间形态描述;(3) 当水力压裂未形成沿天然层理面的贯通压裂缝时,易形成与天然层理面相交的压裂缝,并与层理面开裂后交叉形成网络裂缝。建立的页岩水力压裂物理模拟试验与表征方法,可进行页岩压裂施工参数的优化设计,为页岩气储层水力压裂开采提供技术支持。     

相对定位方法在非完整岩体声发射定位中的应用

声发射技术是研究岩石变形破坏微观机理的重要手段，对研究岩石失稳的机制和前兆具有重要意义，而其定位技术是诸多研究的基础。应用对速度结构依赖较少的相对定位方法，对非完整、非同性介质岩石试验中的声发射事件进行了定位研究。定位结果表明，相对定位方法可用于复杂样品声发射事件的定位，其可靠性及精度比以往有所提高，在震相到时自动识别的基础上，可用于大批量声发射事件的连续定位。     

锈蚀钢筋混凝土声发射在线监测试验研究

采用声发射技术,对锈蚀过程中的钢筋混凝土试件进行在线监测,研究声发射信号与实际锈蚀位置及锈蚀程度的关系.结果表明：钢筋混凝土加速锈蚀过程中,声发射定位结果图与试件锈蚀的位置和分布情况,声发射定位事件数与试件实际锈蚀程度都有较好的一致性.利用声发射技术对试件的整个锈蚀过程进行在线监测是可行的,在线监测的声发射信号数据可以有效地反映钢筋锈蚀的分布及程度.     

岩石基复合材料支护采空区动力失稳声发射特征统计分析

基于声发射智能监测技术 ,对玲珑金矿 2 5 5m水平坚硬岩石复合材料支护的主运巷采空区结构失稳过程进行了实时监测 ,利用固体断裂非平衡统计理论进行统计推断 ,分析采空区围岩断裂失稳过程中微破裂的时空演化规律以及变形与声发射间的内在联系 ,同时在统计分析过程中考虑了不同因素对围岩破裂过程与失稳模式的影响 ,这对于工程安全监测与评价有很大的现实意义。     

Borehole breakout evolution through acoustic emission location analysis

A series of thick-wall cylinder tests were performed on Bentheim sandstone to investigate the nucleation and propagation of borehole breakouts. Isotropic compression tests showed a significant decrease of the critical pressure required to nucleate breakouts with increasing borehole diameter. Advanced analysis of acoustic emission radiation and optical microstructures indicate a three stage process of breakout nucleation and growth. Relatively few acoustic emissions are observed during the elastic loading stage of the specimens. Once breakout nucleation has occurred at the borehole wall a drastic increase of acoustic emission activity is observed. A close spatial correspondence between located acoustic events and the breakout indicates formation of two symmetric cusp-shaped breakouts on opposite sides of the borehole. With increasing isotropic pressure the breakouts grow forming parallel-sided slots that are surrounded by a process zone revealing grain crushing and pore collapse as typically observed in experimentally produced compaction bands. We apply a simple fracture mechanics approach to predict the observed size effect of the critical pressure required to initiate breakouts.     

Acoustic emission to assess and monitor the integrity of bridges

Increased axle loads and traffic density necessitate strengthening and widening of traditional masonry arch bridges. The question remains as to how to evaluate the condition of a bridge and assess the effect of modern traffic on its serviceability? The focus of this paper has been the evaluation of the potential for the acoustic emission technique to provide cost effective in-situ long term monitoring of bridge condition. The work was performed on a bridge chosen to be representative of both masonry and reinforced concrete construction methods. The results demonstrate that acoustic emission technique can be applied to condition assessment of bridges. These results confirm that strong acoustic emission signals are obtained from reinforced concrete structures and demonstrate that acoustic emissions can be detected in masonry structures but at lower energy levels. The experimental programme has shown that AE is useful in detecting crack growth and determining the position of the crack tips at a much earlier stage in their development, before they are noticed during visual inspection     

预制孔岩石破坏过程中的声发射时空演化特征研究

选取粗粒花岗岩和细粒砂岩,通过预制方孔和圆孔,开展单轴加载条件下岩石破坏声发射试验。采用单纯形定位算法,对岩石破裂过程中的声发射时空演化规律进行研究,并对声发射活动特征、能量释放率和空间相关长度进行分析。研究结果表明：对于预制孔间距与预制孔尺寸相同的试件,声发射事件主要在岩石中部群集,试件以中部剪切破坏为主,声发射三维定位事件直观反映裂纹初始、扩展直至贯通的动态演化过程;在整个加载过程中,颗粒较粗且大小不均的花岗岩试件声发射活动性较强,颗粒较细且均匀的砂岩试件声发射活动性在加载后期才开始增强;岩石破坏前,小尺度裂纹合并贯通形成大尺度裂纹,声发射率下降,能量释放率增强,出现声发射信号“平静”而能量释放“不平静”的现象;岩石在受载过程中,应力场通过迁移和重新分布逐步建立起长程相关性;岩石破坏前,空间相关长度显著增加,且在岩石破坏时达到最大值。