基于声发射循环加卸载时侧压混凝土损伤特性研究

在水平单向侧压应力作用下,进行了竖向等应变步长循环加卸载的混凝土抗压性能试验。对不同侧应力状态下的外包络线、共同点轨迹线和循环加卸载全曲线进行了分析,研究了侧应力对累积残余塑性应变和刚度退化的影响,探索了混凝土在加载全过程中的能量释放特性,基于声发射事件数构建的损伤变量分析了混凝土的损伤规律。研究结果表明:①在整个循环加卸载试验过程中,声发射事件数主要集中在峰值应力以前,峰值应力以后出现较少,峰值应力后的声发射能量随侧向压应力的增大而增大;②混凝土刚度退化速度及累积残余塑性应变随侧压应力的增加而减小;③不同侧向压应力下混凝土损伤发展路径各异,侧压应力越高,损伤路径越短,水平与竖向荷载间的大小比例,决定了混凝土损伤的主导因素与损伤机制。     

混凝土循环加卸载动态损伤演化推移分析及损伤值估计模型

利用多功能三轴仪进行了不同应变速率下的混凝土循环加卸载试验,对声发射信号与应力水平的关系进行了分析,并从声发射撞击数的角度对混凝土损伤演化规律特性进行研究,进一步构建了只含循环次数的单参数损伤值估计模型。研究结果表明在不同的应变速率下,混凝土损伤演化的路径各不相同,当应变较小时,混凝土前期损伤累积程度较大,后期平缓,出现水平段;随着应变速率的提高,混凝土损伤演化路径前移,后一种应变速率相对于前一应变速率所对应的损伤推移值随着累计残余应变的增大呈现出先增大后减小的规律,当累计残余应变一定的情况下,随着应变速率的提高,相邻2种应变速率对应的损伤推移程度在不断减弱;混凝土循环加卸载损伤演化规律具有三阶段损伤模式,统计密度函数能较好地反映循环加卸载损伤演化规律。     

不同垫块包围角度下砂岩劈裂声发射特性试验研究

为研究岩石劈裂试验中不同垫块包围角度对岩石声发射特性的影响,采用包围度数分别为10°,30°,60°的垫块对砂岩圆盘试样进行单轴循环加卸载试验,对比分析试样的声发射特性。试验结果表明：包围度数的增加对砂岩Kaiser效应几乎没有影响,而试样的累计计数、累计能量计数、峰值强度均显著提高,试样由沿荷载直径附近的单一劈裂破坏逐渐演变为沿垫块端部首先局部失效的复杂破坏。在整个循环加卸载过程中,不同包围度数下砂岩声发射b值演化规律总体一致,不同荷载阶段试样内部损伤的程度不同,b值呈现出一定的演化规律。研究成果可为利用Kaiser效应测量地应力及岩石破裂过程分析提供试验支撑。     

循环加卸载下花岗岩强度变形及声发射特征

为了研究花岗岩在循环荷载作用下的强度、变形及声发射特征,采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴和三轴循环加卸载试验。结果表明:三轴循环压缩下偏应力-轴向应变曲线的上凹现象和滞回环的迁移现象相比于单轴不太明显;峰值强度和峰值应变与围压间呈现良好的线性增长关系;单轴循环加卸载下,试样表现出柱状劈裂破坏,而在三轴循环加卸载下,试样则具有明显的剪切破坏特征;前5次的循环下加载、卸载段的弹性模量和泊松比都随着循环次数的增大而增大,而在最后一次加载段弹性模量有所降低;三轴循环下试样在最后一次加卸载破坏时产生的声发射振铃计数要明显少于单轴循环。此外,在单轴循环下,每一次加卸载阶段对应的损伤-时间曲线都会出现平台,而三轴下对应的损伤-时间曲线并未出现明显的平台,表明岩样损伤保持平缓增长。     

静载和疲劳荷载作用下橡胶混凝土声发射特性研究

为研究橡胶混凝土在静载和疲劳荷载下的声发射特征参数与橡胶混凝土损伤程度的关系,基 于声发射开展了静载和疲劳荷载下不同橡胶掺量的橡胶混凝土的三点弯曲断裂试验。利用声发射的能 量、累积能量和幅值等参数,评估混凝土的损伤程度。试验结果表明:静载作用下,通过分析能量参数可 将混凝土损伤过程分为三个阶段,通过分析幅值参数可将混凝土损伤过程分为两段;疲劳荷载作用下, 通过分析累积能量变化可将混凝土损伤过程分为两个阶段,分析幅值变化可将混凝土损伤过程分为三 段。静载下随橡胶掺量的增加,声发射信号减少,疲劳荷载下,随橡胶掺量的增加声发射信号增加。掺 入橡胶后能够提高混凝土的阻裂能力并增强混凝土承受损伤的能力。     

秦岭隧洞深部岩石力学性能及声发射特征研究

通过对引汉济渭工程秦岭输水隧洞深部三类岩石片麻岩、花岗岩和石英片岩开展围压水平为0、5、10、15 MPa下的三轴压缩试验,分析研究了其力学性能变化,对深部花岗岩试件进行了单轴一次循环加卸载,并同步监测声发射变化,分析了声发射振铃计数、声发射能量和应力的特征规律。结果表明:秦岭隧洞深部片麻岩、花岗岩和石英片岩三类岩石试件的峰值强度和弹性模量均随着围压的增大而逐渐增大,弹性模量增幅随围压增大有所减小。围压一定时,花岗岩的强度和弹性模量均最大,但随着围压的增大,强度相差幅度有所减小,花岗岩的黏聚力和内摩擦角最大;花岗岩试件加载破坏后应力陡降,呈脆性破坏,岩爆倾向性较强;卸载再加载时,其累计声发射振铃计数和累积能量增长迅速,振铃计数率和能量率随应力增大迅速跃升,声发射活动剧烈,卸载会加速岩石受荷不稳定破坏的进程;冲击倾向性较高的岩石在单轴受压时释放较多的能量。     

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,7.5×10^-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。     

基于声发射技术的冻融劣化混凝土损伤特性研究

利用动静力三轴仪进行冻融劣化后的混凝土单轴循环加卸载试验,试验过程中同步采用声发射装置全程采集声发射数据,对声发射能量参数与应力应变的关系进行分析,并进行基于声发射技术的混凝土损伤特性分析。结果表明:整个循环加卸荷过程中,声发射的能量数主要集中出现在加载阶段,卸载阶段的能量数很少或几乎没有;混凝土的损伤变量随着累计塑性应变的增大呈现先缓慢增大、随后迅速增大、最后趋于缓慢增大的变化趋势;通过分析不同冻融循环次数、不同应变速率下的损伤变化规律,将混凝土循环加卸荷的损伤过程分为损伤起始、损伤稳定发展、损伤破坏三个阶段;在相同应变速率下,随着冻融循环次数的增加,混凝土的累计塑性应变整体上呈增大的趋势。     

大理岩球砾循环加卸载接触力学特性试验研究

为研究岩石颗粒在循环加卸载条件下的接触力学性质,采用直径60 mm的大理岩球砾开展系列压缩破碎试验、准静态循环加卸载试验和动态循环加卸载试验。试验结果表明:在压缩荷载作用下大理岩球砾的弹性变形阶段较短,弹塑性变形阶段处于主导地位;随准静态循环加卸载次数增加,大理岩球砾的累计塑性变形、接触刚度-位移曲线斜率以及等效恢复系数都逐步增大,但增幅逐渐减小,最后趋近于稳定值;动态循环加卸载试验中球砾的累积塑性变形随循环次数演化曲线可以划分成初始阶段、等速阶段和加速(破坏)阶段,上限荷载越大、荷载幅值越大,大理岩球砾在初始阶段产生的塑性变形越大,累计塑性变形曲线进入等速阶段所需循环次数也越多;动荷载作用下的阻尼比随循环次数增加而逐渐减小,最后渐趋于稳定,上限荷载越大、荷载幅值越大,大理岩球砾循环加卸载初期的阻尼比越大,随循环加卸载次数增加,上限荷载和荷载幅值对阻尼比的影响逐渐减弱。研究成果可为分析堆石料、铁路道砟等岩石颗粒材料受力变形特征提供理论依据。     

基于声发射的蒸养混凝土受压损伤特性试验研究

为研究矿物掺合料对蒸养混凝土抗压性能的影响,对不同养护制度和配合比混凝土进行了单轴压缩声发射试验,利用声发射信号参数和高斯混合模型探究混凝土的损伤演化特性。试验结果表明：蒸养混凝土抗压强度普遍低于标养混凝土,矿物掺合料的加入能够补偿蒸汽养护导致的强度损失,且复掺粉煤灰和矿粉的补偿效果更好;受压全程中张拉破坏始终占据主导,而剪切破坏占比随加载时间呈递增趋势;声发射参数中,累计振铃计数、b值变化幅度和剪切破坏形式占比均与抗压强度呈负相关关系,可作为评价混凝土抗压性能的重要参数。     

不同侧应力状态下混凝土循环加卸载损伤特性

采用大型多功能液压伺服静动力三轴仪对不同单向恒定侧压下的混凝土进行应变速率为10-4s-1的等应变增量循环加卸载试验,恒定侧压为单轴静态抗压强度的0%,5%,10%。研究了不同侧应力水平下应力-应变全曲线中滞回环的变化规律,分析滞回环与耗散能的关系,并构建损伤估计模型,最后基于耗散能统计,研究混凝土的损伤特性。得出主要结论如下:(1)全曲线中滞回环在卸载初始阶段应力下降较快而变形恢复很慢,但随着应力的逐渐下降,应变恢复才开始加快;(2)在循环次数相同时,耗散能随着侧应力的增加而增加,且增加幅度明显,表明单位耗散能具有明显的侧应力敏感性;(3)建立的双参数损伤估计模型,能够很好地拟合循环加卸载损伤与累积残余应变的关系;(4)随着侧压比的提高,混凝土损伤发展速度逐渐减慢,损伤累积的路径大幅延长。     

变幅循环加卸载下硫酸盐侵蚀混凝土力学与变形性能

变幅循环加卸载下的力学及变形性能对硫酸盐服役地区混凝土结构至关重要。将混凝土试件提前浸泡于10%、15%、20%硫酸钠溶液5、7个月形成化学侵蚀损伤,再开展单轴压缩变幅循环加卸载试验,分析该过程中试件力学性能、变形性能以及耗散能演化规律。结果表明随着硫酸钠浓度和侵蚀时间增加,试件强度降低、破坏时完成的变幅循环次数减少。累积残余应变随着加载应变增大呈上升趋势,变化速率不断提高;加载应变差始终大于累积残余应变差,随着循环次数增加逐步接近;动弹性模量和塑性变形率随着循环次数增加整体呈提高趋势;耗散能随着循环次数增加而增大,尤其是在后期耗散能变化速率增快。     

混凝土受压破坏过程声发射和红外热像特性研究

通过混凝土单轴抗压试验,采用声发射和红外热像技术对混凝土受压破坏的过程进行检测研究。结果表明:在混凝土受压破坏的过程中,红外热像检测的温度变化曲线呈降升循环式波动,随着混凝土内部的裂缝产生、扩展及摩擦作用,红外热像检测温度出现较快的升降循环。同时,引起声发射信号的产生和快速增减,声发射信号和红外热像检测温度总体呈正相关性,而在混凝土破坏时,红外热像相对平均温度和声发射信号能量达到最大值,随后迅速降低(减弱)。通过对两种检测方法的结合,由内向外较好地展现了混凝土的破坏特征,同时也为混凝土受力分析提供了新的方法。     

干湿循环作用下受荷砂岩损伤劣化特性研究

为研究干湿循环作用下砂岩力学特性的劣化规律,对经历不同干湿循环次数下的弱胶结砂岩进行核磁共振(NMR)及单轴压缩试验,采用声发射技术(AE)实时监测砂岩受荷破坏过程,并采用砂岩孔隙度定义损伤变量,建立干湿循环受荷条件下岩石损伤劣化模型,探究岩体在干湿-受荷作用下的损伤劣化机制。结果表明:①砂岩在循环初期的驰豫时间T₂谱面积增幅最大,且随循环次数的增长不断减小;单轴压缩后的岩样,其T₂谱面积相较于破坏前增长幅度显著。②随循环次数的增加,砂岩试样的塑性变形不断增大,声发射累计振铃数呈降低趋势,降低幅度最大达76.21%。③单轴抗压强度和弹性模量均随干湿循环次数的增大呈指数衰减;引入劣化度表征岩石力学参数的劣化程度,发现岩石单轴抗压强度的劣化速率随孔隙度的增长不断减缓。     

不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验

为研究冻融循环作用对混凝土力学性能的不利影响,分别对混凝土进行0,10,25,35和50次快速冻融循环,并利用10 MN大型多功能动静力三轴仪对混凝土历经40%f_c的荷载历史作用后(f_c=40 MPa为普通混凝土单轴抗压强度),以10-4/s的应变速率进行单轴压缩试验,得到冻融循环后混凝土的单轴抗压强度,并分析其损伤演化规律与破坏机理。结果表明:随着冻融循环次数的增加,历经相同加载历史作用后的混凝土的单轴抗压强度逐渐降低,且峰值应力随冻融循环次数的变化呈二次曲线关系;选用修正后的Weibull-Lognormal分段式损伤本构模型,经验证能够较好拟合冻融劣化混凝土历经荷载历史作用后单轴应力应变曲线;此外,冻融循环次数越多,对混凝土造成的损伤程度越大,在损伤发展的后期阶段,冻融程度较大的混凝土损伤路径大幅度延长且趋于扁平化,直至进入破坏阶段。     

混凝土动态双轴强度探讨

本文根据单轴和等压双轴的动态强度的特性,提出用一抛物线方程和双曲线方程来模拟拉-压区和压-压区的强度变化规律,方程的参数是单轴动态强度的函数.在拉-压区和压-压区分别推导出混凝土的动态强度.建立了完整的混凝土静、动态双轴强度包络线.为了得到一致的动态强度准则,建立了统一静态应变率下的混凝土动态单轴抗压强度和动态单轴抗拉强度与应变率的关系式,并根据已有的试验结果,建立了类似的等压双轴动态强度变化关系式,以用于双轴动态强度预测.根据本文方法得到的包络线在拉-压区和压-压区连续光滑,预测的动态双轴强度与已有的试验结果吻合较好,可作为工程实际应用的参考值.