基于声发射技术的冻融劣化混凝土单双轴动态抗压试验

为研究混凝土材料在冻融循环后单双轴动态抗压时的力学性能,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪进行单、双轴试验,采用新型动态无损检测声发射技术实时采集声发射数据,分别建立不同加载速率、不同冻融循环次数下的应力和声发射参数与时间的对应关系,分析混凝土在不同工况下内部损伤破坏的过程及规律。结果表明,动态加载速率下,在加载前期无声发射能量信号产生,达到峰值应力附近时能量急剧释放;双轴状态下声发射最大能量滞后效应增大,卸载阶段有声发射能量产生;随着冻融循环次数的增加,损伤演化路径随冻融程度的加深逐渐发生前移。所建立的损伤模型能很好地反映由声发射能量数确定的损伤值D与应力水平V(%)之间的关系。     

基于轴-径环状分层CT扫描的岩石冻融损伤分析

为研究岩石在冻融循环作用下的破坏损伤机理,结合CT扫描分析法,提出了一种基于轴-径环状分层精确CT扫描的岩石冻融损伤分析方法,将该方法运用于三峡库区砂岩的冻融循环损伤分析,并对各阶段损伤砂岩进行三轴加载试验。结果表明,同一冻融循环次数下,砂岩体积CT值由外向内不断增大,且越靠近外圈层体积CT值减幅越大;随着循环次数增加,损伤变化表现为由外向内的渐进式损伤破坏,在初始损伤阶段,损伤集中于砂岩外层,体积CT值、三轴峰值应力及破坏应变变幅较小;深层损伤阶段,砂岩外部外圈剥落,冻融损伤侵入内部,此时体积CT值、三轴峰值抗压强度及破坏应变变幅明显增大。该方法对岩石冻融损伤分析及冻融灾害防治具有重要的现实意义。     

盐冻作用下掺粉煤灰混凝土超声波波速测强理论模型

在室内模拟了盐冻(5%Na_2SO_4)作用下掺粉煤灰水工混凝土抗冻性试验,探究了超声波波速及抗压强度随冻融循环次数的变化规律及波速测强理论模型。结果表明,超声波波速及抗压强度随着冻融循环次数的增加而不断下降,冻融150次后内部冻融损伤不断积累加快,掺入粉煤灰对抗冻性产生不利影响;建立了波速测强指数关系理论模型及相对超声波波速与抗压强度损失率之间的指数关系式,发现当抗压强度损失率达50%时,相对波速降为85%,这为运用超声波无损检测手段评价盐冻条件下掺粉煤灰水工混凝土的抗压强度提供了理论模型依据。     

冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下湿筛混凝土超声波波速与抗压强度的关系

为研究超声波对冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下水工混凝土的检测效果,开展了冻融循环与硫酸盐(5%Na2SO4)侵蚀耦合作用下湿筛混凝土试验,利用超声波检测仪测试分析了波速随冻融循环次数的变化规律及波速与抗压强度之间的关系。结果表明,波速随冻融次数的增加而逐渐减小,尤其是200次以后急剧下降,波速与冻融次数之间呈抛物线关系,并与抗压强度密切相关,可以反映出湿筛混凝土的抗冻性能变化,为运用波速评价冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下湿筛混凝土的损伤性能提供了理论依据。     

冻融劣化后预加载历史对混凝土损伤特性影响

为了研究冻融劣化和荷载预损伤对混凝土动态损伤特性的影响,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪及TR-TSDRSL冻融仪,对历经不同冻融循环后混凝土进行一定幅值的加载历史后,按照不同应变率单调加载直至破坏,并通过Najar能量法对损伤变量D进行了定义,从弹性模量、应变速率和预加载历史三个因素对试件进行损伤分析。试验结果表明,随应变速率的增加,混凝土强度总体呈线性增长,强度增加比例为40%左右,两者拟合后发现预加载历史对混凝土强度的增幅更敏感;随着预加载历史的增大,混凝土强度呈现出先增大后减小的趋势;弹性模量、应变速率和预加载历史三者之间预加载历史的损伤率敏感性更高。随着预加载历史的增大,正式加载时混凝土的压密阶段提前,损伤快速发展阶段提前。     

单轴压缩下加载速率对石膏波速变化影响的试验研究

为研究单轴压缩下加载速率对石膏波速变化的影响,在4种不同加载速率下对石膏试样进行了单轴压缩试验,测试了加载过程中试样横向的纵波波速随应力的变化关系。结果表明,随着加载速率的增大,试样弹性模量和单轴抗压强度增大,峰值波速增大明显,与加载速率呈二次方关系;随加载速率增大,试样微裂纹更发育,材料更破碎,试样破坏类型向锥形破坏演变,使破坏点的波速明显随加载速率增大而减小;应力—波速曲线的斜率在峰值前随加载速率增大而减小,在峰值后则呈相反规律;随加载速率增加,在应力—波速曲线破坏点前,存在波速缓慢减小的过渡段与应力—应变曲线上由线弹性区向塑性区的转变段（损伤阈值出现段）相对应,其应力值占单轴抗压强度的60%~70%。     

干湿循环对面板混凝土抗冻耐久性的影响

针对我国北方面板混凝土服役过程中遭受的干湿与冻融循环共同作用导致的混凝土性能劣化问题,以浸烘循环和冻融循环模拟实际情况并同时考虑先后次序问题,通过对试件进行0、20、40、60次的浸烘循环预处理,开展了混凝土冻融循环试验,探究了干湿循环对混凝土抗冻耐久性的影响。试验结果表明,干湿循环在一定程度上会加剧冻融循环带来的损伤,随着浸烘循环预处理次数的增加,混凝土在冻融过程中的质量、动弹性模量、超声波波速大幅降低,渗透系数大幅增加;微观上,浸烘循环预处理造成混凝土微观层面上的初始损伤并产生初始微裂纹,使水分更易侵入混凝土,导致在冻融循环中更易产生新的微裂纹及初始微裂纹的发育,从而降低混凝土抗冻耐久性。     

冻融劣化混凝土冰冻状态下单轴动态劈拉力学性能研究

为研究冻融劣化混凝土冰冻状态下的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对经历不同冻融循环次数(0、10、20、30、40次)后冰冻状态下的混凝土进行不同应变速率(10-5、10-4、5×10-4、10-3、5×10-3/s)下的单轴劈拉加载试验,分析了冰冻状态下混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量随应变速率和冻融循环次...     

冻融劣化与荷载预损伤对混凝土应变率效应的影响分析

利用10MN多功能三轴仪和TR-TSDRSL冻融仪,对历经不同冻融循环后混凝土进行一定幅值的加载历史后,按照不同加载速率单调加载直至破坏,开展了冻融劣化混凝土单调荷载历史后的单轴试验。试验结果表明,冻融劣化混凝土预加载历史与峰值应变和残余变形皆呈一次线性关系,同干燥状态下混凝土预加载历史和峰值应变的关系相同;随应变速率和预加载历史的提高,冻融劣化混凝土弹性模量单调增大,预加载历史的增强作用更明显,两类变化均存在明显的阈值;分析了混凝土的破坏形态与破坏机理,冻融劣化混凝土加载过程存在一个"压密"过程,应力应变全曲线在峰值应力处存在"应力平台",冻融次数越大,"应力平台"持续应变越长。     

冻融循环下不同纤维掺量混凝土宏细观关系试验研究

为探究冻融循环下混杂纤维混凝土宏细观特性的关联性，开展以冻融循环周次及纤维体积掺量为变量的快速冻融循环试验。试验结果表明，不同冻融循环周次下，抗压强度与含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长呈正相关关系、与气孔比表面积呈负相关关系，而冻融损伤量与气孔参数则呈相反规律，且均呈近似线性变化；冻融循环周次越大，抗压强度越低、冻融损伤量越大、含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长也越大，而气孔比表面积越小；混杂纤维的掺入，优化了气孔结构，提高了抗冻性。     

砂岩冻融破坏机理及冻融力学性质研究初探

选取2008年极端冰雪受灾地区的灰色砂岩,通过扫描电镜试验、冻融循环试验和单轴压缩试验,探究了砂岩在极端冰雪条件下的破坏机理和物理力学性质。试验结果表明,灰色砂岩的冻融破坏主要是沿着试样沉积层理面（微结构面）出现、发展和贯通,层理面的破坏源于碎屑颗粒间填隙物的破坏;砂岩宏观冻融破坏模式的类型和冻融循环后力学性质的变化与其发育的沉积层理密度关系密切;表征砂岩单轴抗压强度或弹性模量随冻融循环次数变化关系的模型中,直线模型最为实用。     

循环荷载作用下冻融劣化混凝土能量耗散规律及破坏形态分析

为研究冻融劣化混凝土在循环荷载作用下的能量耗散规律及其破坏形态,对强度等级为C30的混凝土立方体(300mm×300mm×300mm)试件进行压缩试验。结果表明,当冻融循环次数不超过10次时,混凝土应力—应变曲线的外包络线呈两段式。当冻融循环次数超过10次时,包络曲线的应力与应变呈现出非线性增长,且这种非线性增长关系随冻融循环次数的增加而趋于明显;当冻融循环次数由10次逐渐增加至35次时,冻融劣化混凝土的破坏形态由剪压破坏逐渐向轴压破坏转变;冻融劣化混凝土试件在循环加卸载过程中耗散能、弹性应变能、塑性应变能的释放规律一致,都经历了前期能量释放缓慢,中期能量释放迅速,后期能量释放趋于平缓的变化阶段。研究成果可为严寒地区的混凝土构件设计及工程实践提供指导。     

冻融循环作用下英安岩力学及损伤特性研究

为研究冻融循环作用下硬性岩的力学及损伤特性,以某拟建水电站坝区英安岩为例,开展了室内饱水状态下岩石的冻融循环、电镜扫描、单轴压缩、三轴压缩等试验,建立了冻融荷载耦合作用下较为真实的岩体损伤本构模型,分析了高寒山区冻融英安岩的力学性质及损伤特性。结果表明,冻融循环使岩样发生了裂隙扩展和颗粒析出;单轴压缩条件下,岩样破坏以单轴压缩产生的受荷损伤为主,有限的冻融循坏对英安岩(硬性岩)造成的损伤有限;三轴压缩条件下,随着循环次数的增加岩样损伤增加,随着围压增加岩样损伤有所减弱,且英安岩对围压的敏感性大于冻融循环。     

冻融损伤混凝土梁抗力性能演化的裂缝分形特征

为分析冻融循环作用下钢筋混凝土梁受压区的表面裂缝分布特征,采用自主设计的混凝土梁反力试验架对受压区受冻融循环作用的梁进行抗弯试验,取得各级荷载作用下梁表面的裂缝图像。依据分形理论计算表面裂缝分布的分形维数,并讨论分形维数与梁的荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间的关系。研究表明,受压区冻融损伤的钢筋混凝土梁表面裂缝的分布符合分形特征,其分形维数与荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间均有一定关系,裂缝的分形维数可作为钢筋混凝土构件安全性能预测的指标。研究成果可为冻融损伤混凝土梁安全预测提供参考。     

Compressional wave velocity of hydrate-bearing bentheimer sediments with varying pore fillings

A potential alternative energy resource to meet energy demands is the vast amount of gas stored in hydrate reserves. However, major challenges in terms of exploration and production surround profitable and effective exploitation of these reserves. The measurement of acoustic velocity is a useful method for exploration of gas hydrate reserves and can be an efficient method to characterize the hydrate-bearing sediments. In this study, the compressional wave velocity (P-wave velocity) of consolidated sediments (Bentheimer) with and without tetrahydrofuran hydrate-bearing pore fillings were measured using the pulse transmission method. The study has found that the P-wave velocity of consolidated sediments increase with increasing hydrate formation and confining pressure. Of the two samples tested, the increase in wave velocity of the dry and hydrate-bearing samples amounted to 27.6% and 31.9%, respectively. Interestingly, at the initial stage of hydrate formation, there was no change in P-wave velocity, which was followed by a steady increase as the hydrate crystals began to agglomerate and then it increased rapidly to a constant value, suggesting that the test solution had converted to a hydrate solid.     

堤基管涌破坏过程中的声发射信号特性研究

通过自行设计砂槽模型,开展了堤基管涌连续破坏的室内试验,研究了堤基管涌连续破坏过程中的声发射信号特性。通过对比分析管涌连续破坏过程中测压管水头的变化与声发射特性参数,发现管涌连续破坏过程中有明显的破坏阶段性,可分为未发生管涌、管涌发生初期、管涌发生后期3个阶段。通过分析管涌连续破坏各个阶段声发射信号的波形,发现堤基管涌连续破坏过程的声发射信号多为突发型信号。利用二进离散小波包对声发射信号进行频谱分析,发现管涌连续破坏各个阶段的声发射信号主频主要集中在[0 62.5]kHz频带,管涌发生初期和管涌发生后期的声发射信号主频范围为20~30kHz,未发生管涌阶段则主频偏小为2~7kHz。     

富浆胶结砂砾石抗冻性能试验研究

胶结砂砾石作为一种新型筑坝材料抗冻性能较差,采用富浆胶结砂砾石作为胶结砂砾石坝防渗保护结构材料,探究了外加剂对富浆胶结砂砾石抗冻性能的影响,通过冻融试验分析了冻融过程宏观特性,利用压汞试验、扫描电镜和X-Ray衍射试验,探求了富浆胶结砂砾石的冻融破坏的微观机理。试验结果表明,富浆胶结砂砾石冻融过程是水化产物结构由密实到疏松的过程,掺加外加剂对富浆胶结砂砾石的冻融破坏起到了很好的抑制作用。     

基于声发射技术的高地温隧洞衬砌早龄期混凝土性能试验

为深入探索高地温条件下早龄期混凝土的力学性能表现,利用混凝土的单轴压缩试验,并结合应力-时间、振铃计数-时间曲线,直观动态地展现高地温环境下的混凝土破坏过程。试验结果表明,高温高湿养护条件下混凝土声发射特征随养护龄期、强度的增加而后移;声发射信号随龄期的变化与混凝土内部材料结构的破坏程度、抗压强度随龄期的变化表现出高度一致的时域特性。研究结果为高地温条件下早龄期混凝土的力学性能研究提供了参考。