声发射技术在混凝土材料中的应用

总结了国内外学者有关声发射(AE)技术在混凝土材料中的产生机理及应用方面的一些研究成果。综述了混凝土材料声发射技术的应用范围、发展状况、研究进展,对声发射技术进行了评价与展望。     

声发射技术在钢筋混凝土中的研究进展北大核心

介绍了声发射技术的基本原理,阐述了凯塞效应广泛存在于各种受力状态下的钢筋混凝土中,分析了速率过程理论在混凝土损伤评估中的应用研究,论述了声发射技术在监测锈蚀钢筋混凝土中的独特优势,b值分析方法可以有效地评价钢筋混凝土结构的损伤,介绍了声发射在混凝土疲劳性能方面的应用,以及声发射定位技术及应用,最后展望了声发射技术的应用前景。     

岩石声发射的Kaiser效应研究进展

简要介绍了声发射技术的原理、发展史,从Kaiser效应应用方面,还介绍了声发射技术的研究成果.还介绍了岩石的Kaiser效应及声发射技术在岩土工程中的应用.最后讨论了声发射技术未来的研究方向.     

腐蚀混凝土损伤特征的声发射试验研究

为研究受酸腐蚀混凝土在受压过程中的损伤演变规律,用pH值为2.5的硫酸和硝酸混合溶液对混凝土棱柱体试件进行侵蚀,采用单调加载和循环加载两种方式对腐蚀前后的混凝土试件进行单轴抗压试验.通过对试件受力变形、凯塞效应和声发射速率过程参数进行对比分析,研究了酸性腐蚀对混凝土性能的影响;在损伤力学和声发射速率过程理论的基础上建立了考虑初始损伤的混凝土损伤因子及本构关系计算方法,实现了利用声发射事件数对腐蚀混凝土的损伤大小进行定量评估.     

岩石切削中的声发射研究

在牛头刨床上通过对１０种岩石的切削试验，得到了在单粒金刚石钻头切削作用下岩石声发射活动与切向力、轴向力及破碎体积之间的一些规律。结果表明：岩石声发射波形与力的波形有较好的相似性，特别是与轴向力的波形相似性较好。不同的岩石有不同的声发射频率。一般，岩石的塑性系数越大，其主频越低；塑性系数越小，其主频越高。同时，岩石声发射波形也随压入硬度的升高而升高。岩石声发射波形和频谱对切削中的非正常工况也较为敏感，且有相应的反应。     

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。     

岩石声发射实验的衰减器排噪法

在岩石单轴压缩发射实验中,现有的各种排噪措施还不能有效地排除加载系统和试验端部产生的噪音。本文介绍的衰减器排噪法,采用试件两端粘接金属端帽,加载压板与端帽之间安装衰减器,从而可靠地排除了噪音,检测到了岩石试件真实的声发射信号,提高了检测数据的可靠性和精度。     

细晶花岗岩的声发射特征试验研究

对葡萄牙细晶花岗岩同一岩样进行多次单轴压缩循环加卸载试验,监测试验过程中岩样的声发射活动,记录岩样的变形特征,分析总结声发射与变形之间的相互关系。试验表明,葡萄牙细晶花岗岩在高应力状态下凯塞效应明显,所受应力越高,凯塞效应越弱;在判断岩石凯塞点时,因时间–累计声发射能量曲线中拐点明显,比利用时间–累计声发射事件数曲线更容易、更合理;另外,了解试样的变形特征对解释声发射试验结果是一个有益的补充。     

两类岩石声发射事件与Kaiser效应点识别方法的试验研究

 岩石声发射(AE)是研究岩石内部变形与破坏机制和测量地应力的重要手段之一,但利用AE Kaiser效应测量地应力尚未标准化,许多情况下Kaiser效应点不易判别。为了提高Kaiser效应点的识别能力,对取自鄂尔多斯盆地的21块砾岩、砂岩、泥岩等岩芯开展单轴压缩AE测试试验。分析不同应力下AE的规律以及岩性、加载模式和AE参数对Kaiser效应点识别的影响。结果发现：不同载荷条件下AE事件具有不同的数量、能量和频率特征,在Kaiser效应点判别方面,砾岩比砂岩和泥岩更易获得地应力读数;循环加载优于分级循环加载,优于单次加载模式;累积能量优于振铃数和AE数。结合岩芯不同应力下的微观变形破裂机制,可以认为,存在2种类型的AE事件：一为原有裂隙闭合和颗粒间摩擦引起的摩擦型AE,一为新裂隙扩张引起的破裂型AE,破裂型AE能够更好地反映AE对应力的记忆。为了突显Kaiser效应点,应尽量压制摩擦型AE,突出破裂型AE。建议在地应力测试中采用循环加载方式消除摩擦型AE的影响,预压应力水平应超过预先估计的地应力,采用累积能量作为Kaiser效应点的识别参数。     

岩石蠕变破坏声发射特性研究现状与展望

介绍了岩石蠕变破坏与岩土工程长期稳定和安全的关系,分析了岩石破坏声发射试验、岩石蠕变破坏过程声发射特征、岩石蠕变破坏声发射预测的研究现状,在此基础上,探讨了目前岩石蠕变破坏声发射特性研究中的不足之处,提出了岩石蠕变破坏声发射特性的研究方向。     

岩石声发射Kaiser效应测试玄武岩地应力应用

在减少对岩体的影响因素后,运用岩石的Kaiser效应,以弹性力学理论推导了地应力公式,由该公式可知试样3个主应力的大小、方向,且主应力随深度有增加的趋势,以促进岩石地应力的研究。     

不同围压下岩石声发射不可逆性及其主破裂前特征信息试验研究

 通过对花岗岩在不同围压下循环加卸载声发射(AE)试验,得到岩石加卸载损伤破坏过程中高、低频通道中AE累计振铃计数、岩石应力与时间的关系。基于此,研究岩石AE的不可逆性特征。同时运用快速傅里叶变换FFT逆变换对Kaiser点AE信号进行消噪,并通过FFT分析消噪后信号的频谱特征,探求岩石主破裂前特征信息。研究结果表明：(1) 两通道中接收到的AE振铃计数整体变化趋势基本相同,所揭示的Kaiser效应和Felicity效应规律基本一致;两通道中AE振铃计数特征主要区别在于数量不同;(2) Kaiser点主频分布在46.39～70.80与151.37～166.99 kHz范围内。岩石主破裂前,随轴向应力水平增加,低频通道中Kaiser点主频整体变化趋势由较低频向较高频转移,高频通道中由较高频向较低频转移;(3) 花岗岩Kaiser效应应力上限值为极限强度的65%左右。Kaiser点的主频特征及变化规律,可为岩石的损伤破坏评价提供依据。     

单轴压缩下岩石尺寸效应声发射特性数值模拟

采用RFPA2D软件对6组不同高径比的岩石试样进行单轴压缩下的数值模拟,研究了尺寸效应对岩石强度及其破坏过程中声发射特性的影响,指出岩石的破坏过程大致可以分为五个阶段。     

含层理岩石的AE特征分析及基于Kaiser效应的地应力测试研究

 针对煤矿沉积岩系地应力测试需要,通过单轴压缩声发射实验,分析顶板含层理沉积岩系岩石试件的破坏特征、声发射特征,研究Kaiser效应点的综合判断方法及基于声发射Kaiser效应的地应力计算方法。研究表明：(1) 单轴荷载作用下,无层理岩石试件破坏过程为：加载→完全破坏,表现出脆性破坏特征;含层理构造的岩石试件的破坏过程为：加载→局部滑移剪切破坏→加载→剪切带失稳、岩石试件破坏。(2) 无层理岩石试件的AE总计数随时间的增长趋势表现为“缓慢增长→急剧飙升”型,而含层理岩石则呈现出“台阶状”上升趋势,分析认为产生这种不同规律的根源在于岩石内部损伤破坏过程的差异性。(3) 通过研究AE特征提出Kaiser效应点综合判断方法,并完善Kaiser效应法地应力计算方法,最终得到测点地应力为： = 25.06 MPa, = 13.75 MPa, = 8.07 MPa,验证表明：计算结果在大小及方向上均具有一定的可信度。故提出的Kaiser效应点判断方法和地应力计算方法可用于Kaiser效应法地应力测试,该实验研究方法和结果可为工程实践或类似研究提供借鉴和参考。     

The Kaiser effect in rocks: principles and stress estimation techniques

Irreversible deformation of rocks is accompanied by the Kaiser effect involving acoustic emission (AE). AE activity increases dramatically as soon as the largest previously experienced stress level is exceeded, similar to strain hardening in ductile materials. The Kaiser effect can be considered as a basis for stress measurements in rocks. This phenomenon is characterized by complexity which is the reason for disputable data interpretation procedures. A review of experimentally established features of the Kaiser effect, including those under a triaxial state of stress, is given. Mechanisms and theoretical models of the phenomenon are discussed. Stress measurement techniques based on the Kaiser effect in core specimens and in rocks around a borehole are explained; their strengths and weaknesses are analyzed. The necessity and the directions for future research are outlined. The analysis given should facilitate future applications of the Kaiser effect and improve the correctness of data interpretation.     

声发射测量地应力综合分析方法与实验验证

通过岩石声发射试验测量地应力需要确定声发射某个参数或参数累计的试验曲线的拐点,即Kaiser效应点,针对作图法难以精确确定试验曲线拐点的难题,提出了声发射试验测量地应力的一种综合分析方法,即首先通过作图法求取试验曲线的拐点作为近似的Kaiser效应点,其次采用G-P算法计算声发射能量关联分形维数,将近似的Kaiser效应点邻近的能量关联分形维数最小点确定为最终Kaiser效应点,对应的应力值即为试验中试件加载方向的原岩应力值。为了验证该综合方法的有效性,进行了现场套孔应力解除试验,得到了试件加载方向的实测应力值,共进行了11个试件的岩石声发射试验,试验结果表明：综合分析方法得到的地应力值精度明显高于作图法,可作为岩石声发射测量地应力试验的一种新的分析方法。     

花岗岩破裂过程中声波与声发射变化特征试验研究

采用声波、声发射一体化监测装置研究了单轴加载及循环荷载作用下花岗岩波速和声发射变化特征。研究结果表明：①加载初期,岩石内部微裂纹受力闭合,纵波、横波波速显著增加,而声发射事件数量极少;加载中期,岩石处于线弹性变形阶段,纵波、横波波速缓慢增加后保持稳定,声发射事件少量产生,约占声发射事件总量的9.44%;加载后期,岩石处于破裂损伤阶段,裂纹开始萌生,拓展,岩石纵波波速呈现略微下降趋势,而横波波速明显降低,声发射活动剧烈,约占声发射事件总量的50.63%。峰值应力之后,花岗岩横波波速开始急剧下降,而纵波波速缓慢降低,声发射活动依然活跃。②由于岩石的内部损伤需要积蓄一定能量才会形成,因此声发射活动呈现“相对平静、间隔突发”的规律,“相对平静期”最明显的时段位于峰值应力之前。③循环加卸载条件下,岩石的波速和声发射变化特征与应力状态表现出良好的一致性。统计分析声发射事件数量随应力的变化规律,论证了岩石的Felicity效应;比较分析加载过程中的Felicity比变化,证明了岩体的累积损伤。     

数据挖掘在实体火灾实验中的应用研究

为实现高效、迅速地完成实体火灾实验,充分发挥数据潜力,重点研究数据挖掘与深度网络在自动喷水灭火系统实体火灾实验中的应用。通过选取合适的算法,逐步确定模型中的各参数,建立了有效的数据挖掘模型。该模型可以减少风险,提高实验质量,缩短实验周期,形成更具智慧的实体实验决策。     

岩石破裂失稳声发射监测频段信息识别研究

首先对声发射信号进行分频处理,分析岩石损伤破裂演化过程中声发射信号频段分布规律。根据岩石断裂模式与声发射频率存在一定的对应关系,证明了岩石破裂监测中声发射前兆优势频段的存在,进一步构建前兆优势频段的计算方法,确定声发射监测岩石破裂的最优短临预报参数。通过开展花岗岩圆形隧洞模型水平卸荷试验,分析整个过程的声发射信号,寻找前兆优势频段,以此验证方法的可靠性。研究结果表明,水平方向卸荷瞬间,隧洞两壁发生劈裂破坏,频段(31.25~62 k Hz)的小波能量占比达73%以上。临近最终破裂,频段(7.8125~15.625 k Hz)变能系数CD6?由前一刻的0.5突增到15,具有典型的灾变响应特征,可以确定该频段为声发射前兆优势频段。选择CD6??作为宏观破裂的短临预报参数,再结合临近最终破裂前声发射主频在频段(90~105 k Hz)和(13~20 k Hz)所出现的响应突现规律,可以为预测花岗岩圆形隧洞模型的失稳破坏提供预警参量。     

声波测试在核电工程勘察中的应用

介绍了声波测试原理及设备,通过测试数据和有关的计算指标对岩体完整性评价、岩石风化程度划分、围岩分类、测定岩体的物理力学参数,以及判断地基岩体中节理密集带和断层破碎带的范围、埋深等进行了分析,从而为核电厂厂址的地基安全和稳定性等方面提供了依据。