掺抗裂硅质防水剂对水泥水化的影响研究

通过CCD相机搭建试验的数据采集系统,以数字散斑相关方法对试验中采集的散斑图像数据进行分析,研究混凝土试件硬化过程中试件表面变形场演化特征及其对后期受载破坏规律的影响。试验结果表明:混凝土硬化变形时空演化表现为变形缓慢增加、变形快速增加、变形稳定3个阶段特征;混凝土硬化变形时空演化过程是一个从拉、压区域不断调整到最终稳定的动态过程,调整过程中在受拉区形成损伤集中区;混凝土硬化变形场空间演化特征表现为由不均匀分布演化为拉、压应变区域呈条状相间的分布状态。受载过程中裂纹在硬化变形受拉较大的区域开始发育,随着荷载的增加裂纹沿着硬化过程中形成的条状受拉区域扩展成宏观裂纹且试件表面裂纹具有等距分布特征。     

岩石变形破坏的数字散斑相关方法研究

 采用白光数字散斑相关方法作为实验的观察手段,对单轴压缩条件下岩石变形破坏进行实验研究。根据实验中数据采集方式的不同要求,将实验分成2组进行：一组是通过CCD相机记录岩石加载全程的试件表面散斑图像,进行岩石加载全程的变形演化实验研究,根据计算结果对岩石加载全程的变形演化和变形集中区域的位移演化进行研究;另一组是通过高速相机记录岩石破坏瞬态过程的试件表面散斑图像,进行岩石破坏瞬态过程的变形演化实验研究,采用不同时刻的散斑图像作为参考帧,分别进行塑性硬化到峰值阶段变形场演化特征、峰值到破坏阶段变形场演化特征的分析。同时,实验研究中还得到试件加载过程中局部化带内变形量值、带内变形最大值与最小值之比,带内最大值与带外平均值之比,以及试件表面裂纹扩展的平均速度等定量参数。     

基于数字散斑法研究碾压混凝土的有效裂纹扩展量

阐述了数字散斑相关方法的基本原理。通过数字散斑相关方法观测了不同尺寸碾压混凝土楔入劈拉试件的裂纹扩展过程及裂缝尖端区域位移场和应变场的变化,得到了不同尺寸试件在不同荷载条件下的裂纹开口位移曲线及有效裂纹扩展量。试验结果表明,有效裂纹扩展量随尺寸的增加而增加,尺寸越大,试件的延性越好,数字散斑相关方法操作简单,测量准确,可有效的测定碾压混凝土表面的裂纹发展过程,其在混凝土损伤断裂方面具有重要的科学意义和工程应用价值。     

边界条件对混凝土四点剪切 散斑试验结果影响的研究

 用CCD摄像机对单边预制缺口和双边预制缺口混凝土梁分别在滑动支座和铰支座2种边界条件下,在四点剪切加载方式下的破坏过程进行全过程记录。从采集到的连续散斑图中可以清楚地看到混凝土试件不同的裂纹扩展过程和最终破坏形态。用数字散斑相关方法(DSCM)处理采集后的散斑图,得到混凝土梁表面在破坏过程中的水平方向位移场、竖直方向位移场、水平方向应变场、竖直方向应变场及剪应变场。从采集到的散斑图中,间隔一定时间挑选若干张图片与变形前的散斑图片进行运算处理,得到若干个位移场、应变场,将这些位移场和应变场按照时间顺序排列,得到试件在破坏过程中各场的演化过程。将各个场在试件开始破裂处的值进行对比,发现水平方向和竖直方向的位移值大小相近,应变值也处于同一数量级。结果表明预制缺口的附近并不是一个剪应力占主要地位的区域。试验表明,即使使用了滑动支座,支座处的摩擦力也没有被减小到一定的程度。因此,要使混凝土的四点剪切试验更接近于理想状态,一定要对支座处进行仔细处理。     

基于CT数字体相关法测量红砂岩单轴压缩内部三维应变场

 基于X射线工业CT实时获取单轴压缩过程中红砂岩试件的三维数字体图像,采用数字体相关(digital volume correlation,DVC)法测量、分析受载过程中试件内部三维变形场及应变场。通过位移场和应变场的分析,揭示试件内部应变局部化演变及破坏过程。红砂岩内部结构可以作为散斑结构,成为变形信息的载体,DVC法的精度可达0.05体素;红砂岩变形破坏中存在明显的应变局部化特征,在峰值荷载的68.9%时试件内部出现应变局部化区域,并逐渐发展至试件破坏,局部化区域与试件最终破坏面位置相一致。研究结果表明,DVC法测量结果能够直观地反映出试件内部应变局部化特点及其演化的过程,为岩石内部变形可视化提供了方法。     

岩石摩擦滑动位移场时空演化特征研究

采用双面剪切模型实验方法,对一种花岗岩试件进行岩石摩擦滑动实验研究。以CCD相机构建实验图像数据采集系统,利用数字散斑相关方法对岩石试件在摩擦滑动过程中的位移场、滑动面的滑动位移及变形能密度的演化特征进行研究。研究结果表明:(1)剪应力初始缓慢增长阶段,滑动岩块位移场空间非均匀分布是由试件自身随机缺陷和滑动接触面上随机分布的凹凸体的变形引起,位移主要为试件的弹性变形位移;剪应力线性增长阶段,试件局部区域处于滑动状态,试件位移场的空间分布受滑动面主导,试件整体位移场体现出较规则分布特点;剪应力非线性增长阶段,试件位移场空间演化上,滑动面分布有强段和弱段,滑动面弱段位移场等值线呈均匀分布,等值线近似直线且相互平行,滑动面强段的位移场等值线呈非均匀分布,位移场等值线呈曲线状;试件位移场时间演化上,强段和弱段区域随载荷增长呈动态变化。(2)影响滑动面强段分布的因素为凹凸体的阻碍性,凹凸体的阻碍性不仅与其自身强度有关,还与所在区域滑动面间的咬合程度有关;滑动面水平位移演化受滑动面强段摩擦滑动状态控制,水平位移曲线与加载曲线有较好的对应关系。(3)在剪应力非线性增长阶段,滑动面强段处于静摩擦和滑动的交替状态,滑动面滑动速度表现出突变现象,变形能密度在此阶段发生积累与释放的波动式演化特征。     

基于DIC方法的混凝土压缩试件裂纹识别

基于特殊设计的混凝土试件单轴压缩破坏试验,结合高分辨率CMOS采集到的逐级加载过程中的变形图像,采用数字图像相关方法(Digital Image Correlation,以下简称DIC方法),应用由MATLAB和C++语言混合编程的开放式二维数字图像相关方法计算平台,研究分析了混凝土试件表面受力变形直至破坏全过程位移场分布、特点,计算获得了较为准确的试件裂纹表面形态、长度、位置等数字化的基本裂纹信息,为进一步直接、准确地建立混凝土试件或构件的裂纹有限元分析模型,以及进一步研究混凝土结构的破坏特征和断裂机理有着重要的意义和价值。     

煤破坏过程中的温度演化特征实验研究

 以红外热像仪和数字散斑相关方法作为试验观测手段,对一种煤试件进行实验研究,观测和分析煤试件从变形到破坏过程中的变形演化、温度演化及二者的对应变化关系。研究结果表明：(1) 煤试件变形场演化主要体现为初期的均匀变形演化到加载峰值前的变形集中带形成,加载峰后阶段主要为变形集中带的加速滑动;(2) 煤试件温度场演化在加载峰前由于受压应力作用,内部质点间距发生改变的热力耦合效应引起温度上升,在加载峰后阶段由于变形集中带内煤体受拉剪作用及变形集中带的滑动,引起温度降低;(3) 煤试件在变形破坏过程中存在明显的温度场变化,且变形集中带内、外温度演化特征相似,加载峰前阶段温度增加,加载峰后阶段温度降低,但变形集中带内温度总体高于带外温度。     

拉伸荷载作用下含预制裂纹平板试样表面特征量演化规律研究

为探究均匀性和非均匀性试样在拉伸荷载作用下,试样破坏前相关变量场演化特征,采用数字散斑相关方法,对比分析含双边预制裂纹的有机玻璃试样和砂浆试样在拉伸荷载作用下表面图像灰度相关性系数场和y方向应变场及其特征量的演化特征。结果表明:试样表面特征量与试样局部化在时间和空间都存在对应关系;图像灰度相关性系数场演化特征能反映试样变形局部化区域,其特征量演化特征能反映试样均匀变形阶段和非均匀变形阶段,在非均匀变形阶段,应变局部化"竞争"激烈,图像灰度相关性系数特征量随时间波动较大,整体上呈急剧增加趋势,可以作为含双边预制裂纹试样破坏前的征兆;y方向应变场演化特征反映了试样应变局部化区域和"竞争"位置以及裂纹起裂位置,其特征量演化特征与载荷随时间变化相关,试样的非均匀性造成特征量处于不断的波动状态,可以区分均匀性试样与非均匀性试样。     

楔刀作用下含水平节理岩体的位移场特征及损伤演化试验研究

 为了研究水平节理对盘形滚刀破岩机制的影响,对实际条件进行简化后,在改进的试验装置上进行楔形刀具作用下相似材料的贯入破坏试验。用CCD相机对试件表面的变形、破坏过程进行实时拍摄,并采用数字散斑相关方法对采集图像进行分析,获得试件表面的位移场分布特征。通过位移场方差的演化对节理试件刀具荷载下的破坏进行表述。在采用相机拍摄数字图像的同时,采用声发射测试系统对试件破坏过程中微破裂源进行二维平面定位,研究含水平节理试件在楔形刀具作用下微震裂源的形成机制和微破裂分区聚集成核的特点。     

缺陷混凝土抗氯离子渗透性能试验研究

对4组配合比的混凝土试件进行多向劈拉试验.利用数字散斑分析技术对其多向劈拉下的微裂纹扩展规律进行分析研究,建立损伤参量——微裂纹损伤面积ω和弹性模量损伤变量DE;同时进行混凝土试件劈拉前后的饱盐混凝土电导率法（NEL法）氯离子渗透性试验,探讨微裂纹损伤场对混凝土氯离子渗透性的影响.结果表明：微裂纹损伤对低水胶比混凝土的渗透性影响更大;随着弹性模损伤变量DE值的增加,氯离子扩散系数变化率β呈现线性递增的趋势,并近似拟合得到二者的关系式;水泥浆的强度、骨料的级配、孔隙率的大小以及损失场的确定等因素都会对氯离子渗透性能产生影响.     

岩石破坏动态变形场观测系统及应用

基于高速图像采集设备和数字散斑相关方法（DSCM）,建立了一套岩石破坏动态变形场观测实验系统,介绍了系统的组成和原理,重点阐述了用于岩石动态变形测量时光源的选择、采集速率的设置和图像采集的触发等关键技术。用此动态变形场观测实验系统可完成动（静）态载荷作用下岩石破坏瞬间试件表面图像的准确高速采集,并进一步完成变形场的定量分析。用设计的系统完成了岩石巴西圆盘实验和岩石I型裂纹动态断裂实验,对动态变形场观测实验系统的可行性和有效性进行了验证。观测系统获得的脆性岩石失稳破坏过程中动态、定量的变形场数据可为深入研究岩石失稳破坏机理提供基础的数据和认识。     

单轴压缩下单裂纹混凝土力学特性和破坏特征试验研究

为了研究单裂纹混凝土力学强度及其变形特征和破坏模式,对含不同长度的单裂纹混凝土进行单轴压缩试验,利用高清摄像技术监测单轴压缩过程中试样裂纹扩展过程,运用数字图像相关方法(DIC),综合分析单裂纹混凝土力学强度、裂纹演化特征、变形规律,阐释单裂纹混凝土破坏机理。结果表明:(1)混凝土强度随着单裂纹长度增大逐渐降低,且呈良好线性负相关;弹性模量随着单裂纹长度增大先升高后降低。(2)试样破坏模式分为3种:①轴向劈裂破坏(裂纹长度为10 mm);②剪切破坏(裂纹长度为20、30、40 mm);③拉-剪混合破坏(裂纹长度为50 mm)。(3)试样应变场演化规律:随着单裂纹长度的增加,由径向应变场控制绝大部分裂纹产生和扩展,向径向、剪应变场共同控制裂纹产生和扩展(径向应变场影响较明显),再向径向、剪应变场共同控制裂纹产生和扩展,(剪应变场影响较明显)转变。(4)单裂纹混凝土抗压强度与单轴压缩过程中产生的不同类型裂纹长度存在良好的线性关系,且主要受到单裂纹周边产生的裂纹控制(影响系数为0.496)。     

数字散斑相关方法测定岩石I型应力强度因子

提出一种通过数字散斑相关方法测定岩石I型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。采用数字散斑相关方法观测三点弯曲加载条件下,含I型预制裂纹的花岗岩半圆盘试件裂尖区域的位移场,采用牛顿–辛普森方法求解含未知参量的非线性位移场方程组,计算裂尖位置和应力强度因子。研究结果表明,采用该方法可以准确测定岩石I型应力强度因子、裂尖位置及裂纹扩展长度,揭示岩石断裂及裂纹扩展的演化特征。该方法解决以往研究中因不能准确测定裂纹尖端位置,而无法计算岩石断裂参数的难题。     

冻融腐蚀后大理岩变形局部化规律研究

为探索冻融腐蚀后大理岩变形局部化规律研究,采用人工配制的酸性溶液对大理岩开展了化学腐蚀与冻融循环,并对冻融腐蚀后的岩石进行了单轴压缩试验。同时,使用CCD摄像机分别采集了原始岩样、冻融腐蚀15次、冻融腐蚀30次后的大理岩加载过程中的散斑场,通过数字散斑相关方法对采集的散斑场进行分析处理,得到了3种状态下大理岩岩样在加载过程中不同时刻的最大剪切应变场,观测了最大剪切应变场的演化过程,得到了冻融腐蚀共同作用下大理岩的裂隙演化与变形规律,同时对大理岩岩样整体与局部化带外区域(弹性区)的能量演化特征进行分析。研究结果表明:(1)从原始岩样、冻融腐蚀15次岩样到冻融腐蚀30次岩样,形成初始局部化带峰值强度占比降低,稳定局部化带时强度占比提高,稳定局部化带宽度增大;(2)随着损伤程度的加剧,岩样整体与局部化带的能量演化趋势相同,在能量积累阶段,岩样的弹性最大变形能密度随着损伤加剧而降低;在能量释放阶段,岩样能量释放速度随着损伤程度的加剧而降低。     

废混凝土骨料和废砖骨料再生混凝土的模型化研究

为了更加清晰方便地观察并研究再生混凝土裂缝开展规律,利用模型混凝土的概念,将普通混凝土、废混凝土骨料混凝土和废砖骨料混凝土平面化,制得模型再生混凝土试件。在试件受压破坏的过程中,利用数字图像相关技术在模型混凝土前后两个表面制作不同尺度的散斑,分别用一般工业相机和显微镜相机采集图像,并分析得到全局应变场和界面过渡区附近的局部应变场,用以揭示再生混凝土裂缝开展过程和损伤演化机制。研究结果显示,废砖骨料模型再生混凝土的弹性模量最小,但是抗压强度反而比废混凝土骨料模型再生混凝土的高。废混凝土骨料模型再生混凝土全局应变场能表征应变集中位于旧砂浆区域,但不能区分新、旧界面过渡区,而局部应变场更加细致地显示裂缝首先在旧界面过渡区开展,然后新界面过渡区才有裂缝开展。对废砖骨料模型再生混凝土的分析发现,砖骨料和新砂浆之间的界面过渡区首先出现了应变集中,但是裂缝并未沿界面过渡区开展,而是贯穿了砖骨料,然后位于界面过渡区的应变集中由于应力重分布而削弱。     

多围压脆岩压缩破坏特征及裂纹扩展规律

为揭示脆岩三向受压时的破坏特征与裂纹扩展分布规律,首先通过室内试验得到油页岩试件在变围压条件下的力学参数和变形破坏特征;其次基于离散元软件UDEC自带的Voronoi块体划分逻辑,采用内置Fish语言编译三角块体群数值模型的构建程序,通过参数反演确定块体接触面的微观参数,并选用最佳块体边长均值建立标准压缩数值试件;然后对数值试件进行不同围压下的压缩模拟,并依据接触面破坏准则,应用Fish语言编译相关程序,统计试件压缩过程中发生破坏的接触面的累积数量及长度,接触面的累积破坏伴随着裂纹的萌生与扩展,最终得到数值试件的压缩破坏形态及裂纹发育规律。结果表明,随围压升高,脆岩破坏剪裂角小幅增大,试件破坏形态均为包含一组共轭剪切面的脆性剪切破坏,与数值模拟结果较吻合;试件三轴压缩时以剪切破坏为主,同围压试件剪破坏裂纹数量约为拉破坏的6倍,剪破坏裂纹长度为拉破坏裂纹长度的40~70倍;随围压增大,剪破坏裂纹长度最大值逐渐增加,由开始的77.3%逐渐增加至94%;而拉破坏裂纹长度最大值逐渐减小,由开始的16.3%减少至12.1%。     

基于数字散斑相关方法的膜结构检测技术研究

数字散斑相关方法是通过图像匹配的方法分析试件表面变形前后的散斑图像,跟踪试件表面上几何点的运动得到位移场,在此基础上计算得到应变场和应力场.与传统光学测量技术相比,具有光路简单、要求测量环境简单、可以在野外应用等优点.文章探讨将数字散斑相关方法运用于膜结构检测技术的理论依据、技术关键及研究意义.     

岩石单轴压缩变形场演化的声发射特征研究

 对单轴压缩条件下一种红砂岩试件变形场演化过程中声发射特征进行研究。以数字散斑相关方法进行试件加载全过程的变形场演化观测,利用声发射系统采集试件加载全过程的声发射信号,对岩石变形演化过程中的变形局部化演化、变形局部化带拉伸以及变形局部化带错动对应的声发射特征进行研究,研究结果表明：(1) 由加载曲线与声发射振铃计数、声发射能量演化对应关系可知,应力突降时声发射振铃计数和声发射能量出现激增,但振铃计数激增和声发射能量激增,应力不一定突降;(2) 加载应力与声发射振铃累计计数在演化趋势上具有较好的对应关系,但声发射振铃累计计数增幅与对应的应力降低量值无关;(3) 声发射峰前“平静期”并不代表岩石变形场演化处于平静阶段,此阶段变形局部化带的宽度、长度以及变形量值在不断增加;(4) 变形局部化带的宽度、长度以及变形量值的演化对声发射振铃计数及声发射能量影响很小,变形局部化带的拉伸速率及变形局部化带的滑动速率变化对声发射振铃计数和声发射能量影响较大,其中变形局部化带滑动影响最大。     

基于DIC技术的UHPC箱型拱试验全过程研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)拱在静载试验下的受力性能及开裂破坏的全过程,基于数字图像相关(DIC)技术,采用数字散斑图像的匹配追踪分析方法,分析了L/4截面单点加载情况下UHPC拱表面从加载到破坏的相对变形分布和变形规律。结果表明:通过分析试件表面广义主应变场的时变规律,可准确描述UHPC拱裂缝出现及开展的全过程;随着荷载的增大,控制截面的挠度相应变化,传统测量方法测得的挠度与DIC技术所得具有较高的一致性;使用DIC技术可以准确判断UHPC拱表面初始开裂的时间、位置以及裂纹的走向。研究方法与结论对于准确表述UHPC结构的受力状态及裂缝开展过程具有重要意义,也为混凝土结构的安全监测与力学性能检测研究提供了新途径。