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。     

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DSCM-FEMU的岩石力学参数反演研究

将数字散斑相关方法(DSCM)与有限元模型修正方法(FEMU)相结合,建立了岩石力学参数反演流程。首先,通过数字散斑相关方法,获取实验中岩石试件受载条件下的应变场;其次,利用有限元模拟方法,获取数值模型中的应力场;最后,构建最小二乘目标函数,并且通过不断更新有限元模型中给定的力学参数进行优化计算。当目标函数收敛时,得到与实验结果最匹配的力学参数。研究结果表明:(1)数字散斑相关方法与有限元模型修正法相结合,可以实现材料的力学参数反演;(2)得到以实验应变场、有限元应力场、材料弹性模量和泊松比组成的参数优化目标函数;(3)以三点弯曲实验为例,反演得到花岗岩的弹性模量和泊松比。     

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。     

相移电子散斑干涉法测量混凝土加固面层受载变形

利用激光双光束散斑干涉并引入相移技术,对复合混凝土加固件进行全场位移、应变实验测量。借助于图像处理技术,通过分析散斑干涉条纹图可以得到加固件在不同荷载作用下的位移、应变分布,从而实现对采用不同规格、材料参数时的加固性能进行评估分析。实验表明,相移散斑干涉技术不仅可以实现高精度的位移测量,通过对位移场进行数值拟合求导得到的应变同样具有很高的精度。文中对实验方法进行了较详细的讨论,并对典型试件的图像处理过程进行说明。相关技术可以作为类似工程的有益参考。     

超声散斑相移法测量技术

超声散斑相移法能满足工程建设中对水下物内层界面关键点位移进行测量的特殊要求。测量时,引入数字参考信号与物面测点上的散斑信号进行数字干涉,获得叠加信号强度。界面位移前后,应用软件逐步改变参考信号相位,可逐步改变叠加信号强度,根据这些信号强度值可计算出测点的位移量。应用此技术对水下试件内层表面的法线和切线方向上的位移进行了实测,测量结果与理论值有较好的吻合;研究表明打磨后的粗糙外层界面不影响应用相移法进行测量。在应用相移法测量时,不需声像转换,不需全场扫描,测量精度不受散斑尺寸限制。     

基于DlC技术的小偏压短柱损伤时空演化分析

为研究钢筋混凝土短柱小偏心受压破坏的全过程,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,揭示了钢筋混凝土偏心受压短柱应变场、变形场的时变演化规律。结果表明:DIC技术能够反映出肉眼无法看到的微小变形,对工程试验研究和实际工程结构的变形监测具有重要意义;DIC技术改善了传统测量单一的局限性,能够较为直观、方便、高效地观测试件表面的变形变化,反映破坏点和破坏形式,可以为结构断裂损伤研究提供可靠的技术支持;利用DIC技术再次验证了采用材料力学近似计算钢筋混凝土小偏心受压短柱的可行性。     

混凝土硬化变形特征与破坏规律相关性实验研究

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:(1)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。(2)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。     

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。     

浅谈数字散斑相关测量方法

指出数字散斑相关方法是一种高精度的二维面内位移与应变的测试方法,在理论研究与实际工程中都有着广泛的应用前景,并对影响数字散斑相关方法位移测量精度的热点问题进行了分析,以推广该技术。     

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。     

散斑图像相关数字技术在混凝土砌块房屋温度裂缝监测中的应用研究

混凝土空心砌块房屋的温度裂缝是影响其结构性能的主要因素。采用散斑图像相关数字技术对混凝土空心砌块房屋温度裂缝过程进行非接触监测 ,得到了混凝土空心砌块房屋的温度裂缝变形曲线。整个测量过程简便直接 ,试验结果表明该方法对温度场作用下结构反应的监测是可靠和适用的 ,有望成为工程中研究温度场作用下结构变形的有效试验方法     

光测方法在岩石力学实验观测中的应用述评

综述了常用光测方法在岩石力学实验观测中的应用,总结了这些光测方法相对于岩石力学中常用的其他方法的特点。最后在分析岩石力学实验观测新趋势的基础上,指出发展一种以数字散斑相关方法(DSCM)为基础的岩石力学观测系统,将可以满足岩石力学观测中的新的需要。     

三维表面裂纹扩展试验及理论分析

 通过双轴压力作用下岩石三维表面裂纹断裂试验,利用数字散斑技术,观察裂纹的翼形扩展、反向扩展,得出对应的时间和荷载。试验发现,三维表面裂纹的翼形扩展一般都先于反向裂纹,反向裂纹最先在远离裂纹尖端区域出现,而后快速与原裂纹尖端汇合。通过有限元计算得到三维裂纹试件整体应力场和裂纹前缘各点应力强度因子。通过复合型断裂判据,对裂纹翼形扩展的三维形态进行分析,试验结果与最大周向拉应力 及最大周向拉应变 判据的理论预示结果吻合较好。对反向裂纹萌生区域进行强度破坏分析,反向裂纹的萌生与莫尔–库仑强度理论的预示结果基本相符。从试验及理论2个方面分析三维表面裂纹扩展直至破坏的全过程。     

岩石材料基于天然散斑场的变形观测方法研究

许多类岩石材料由于其成分的原因在表面形成良好的散斑结构，用DSCM方法对这些岩石材料进行变形观测时可直接拍摄表面得到散斑图。基于这种天然散斑场的变形观测方法，进行了岩石材料变形的观测实验，验证了方法的可行性和优越性。     

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。     

基于图像技术的桩周土位移场测量初步研究

基于数字图像技术对沉桩过程桩周土体位移场进行了测量。在模型桩贯入过程中,采用高像素的数字相机连续摄取桩及桩周土体变形的灰度图像,并实时地存储在计算机中进行相关运算,求出全场土体位移矢量。试验结果表明,本文所提出的全场位移方法所测量位移的精度要高于其它测量方法,测量结果与弹性理论解也十分接近。本法操作简便,对环境要求不高,可以实施全场测量,可以应用于研究土体变形机理的试验研究。     

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。     

断层冲击地压失稳瞬态过程的试验研究

 以白光数字散斑相关方法作为试验的观察手段,采用双轴加载方式对一种花岗闪长岩进行直剪摩擦滑动试验,通过搭建高速数据采集系统对断层冲击地压失稳瞬态过程进行研究,观测和分析冲击失稳过程中断层位移演化时间和空间的特征。试验结果表明：(1) 断层冲击地压发生与侧向压力量值有关,断层冲击地压发生需要满足一定的侧向应力条件,当侧向压力较小时,断层发生稳滑,不会发生冲击地压;(2) 随着侧向压力的增加,发生断层冲击的峰值应力增加,断层冲击地压发生时的应力降增加;(3) 冲击失稳过程中断层位移演化在时间上表现出间隔滑动特征,并且滑动间隔时间随着侧向压力的增加而增加,断层第一次失稳滑动的距离和滑动速度大于第二次滑动的距离和滑动速度;(4) 冲击失稳过程中断层位移演化在空间上表现出滑动的差异性特征,断层不同位置处的失稳滑动量值和滑动演化特征不同,表现出断层观测点的滑动量值随着与加载端的距离增加而增加的趋势。