早期受载对矸石胶结充填体力学特性及损伤破坏的影响

为研究早期受载对矸石胶结充填体后期力学特性的影响,将养护7 d的试样进行4种应力水平加载,并持载28 d后,卸载进行单轴压缩试验,监测持载过程中充填体中超声波波速变化及单轴压缩过程中声发射响应特征,采用扫描电镜观测试样微观形貌。结果表明:早期受载对充填体力学特性影响显著,当早期承受应力水平小于80%时,荷载对矸石胶结充填体抗压强度和弹性模量均具有明显的强化效应,随着早期应力水平的增大,横向应变及泊松比整体呈指数型增长趋势,试样破坏形式由剪切破坏逐渐转变为劈裂破坏。持载过程中超声波波速呈明显的阶段性特征,早期承受高应力水平的充填体在单轴压缩过程中声发射活跃程度下降。早期荷载作用促进水泥水化反应,有助于充填体强度的提高。根据试验结果建立早期受载矸石胶结充填体在单轴压缩过程中的损伤演化模型,可以为充填体在结构充填中的设计提供依据。     

三轴多级荷载下盐岩声波声发射特征与损伤演化规律研究

 采用岩石声波、声发射一体化监测装置,系统地研究三轴多级循环荷载作用下盐岩超声波波速与声发射变化特征。结果表明：(1) 岩石的超声波波速和声发射活动与应力状态呈现出良好的一致性。加载阶段,超声波波速上升,声发射活跃,卸载阶段,超声波波速下降,声发射平静,应力级数越高,这一特征越显著。(2) 盐岩的声波、声发射特征与试验围压应力密切相关。围压水平越低,应力循环试验中岩石波速变化率越大,声发射事件数量越多;围压水平越高,岩石超声波波速变化率越小,声发射事件数量越少。五级应力荷载试验中,围压条件为5,10,15,20 MPa时盐岩的声发射事件数量分别为1 026,703,361和206个,显示了“围压致密效应”。(3) 分别应用卸载模量、裂隙密度和Felicity比表征盐岩的损伤演化。结论认为：盐岩的裂隙密度和Felicity比变化与岩体承载破坏特征较为一致,可以较好地反映盐岩的损伤破裂过程,而利用卸载模量表征盐岩损伤误差较大,这是由于盐岩特殊的黏塑性变形特征造成的。     

不同初始缺陷条件下尾矿胶结充填体损伤突变预警分析

尾矿胶结充填体的干缩、硬化过程易使内部形成初始缺陷，为研究含不同初始缺陷的尾矿胶结充填体物理、力学和破坏特征，在尾矿胶结充填体中加入不同含量引气剂(AEA)进行模拟充填体的初始缺陷，通过扫描电镜、XRD图谱、单轴压缩和声发射试验进行分析。运用尖点突变模型，根据应力–应变曲线求出不同初始缺陷充填体的突变预警区间，与声发射失稳破坏的前兆信息进行对比验证。结果表明：加入AEA会使充填体内部气泡、孔洞、孔隙增加，导致初始缺陷增加，声发射信号数量大大减少；随着AEA加入，充填体压密阶段与全过程时间占比增加，弹性阶段与全过程时间占比减少，破坏过程中大尺度裂纹数量减少，增加了内部裂纹的无序性，从延–脆性破坏变为延性破坏模式；不同含量AEA充填体突变预警区间与声发射破坏前兆信息相对应，通过突变预警区间可以有效预测不同初始缺陷尾矿胶结充填体的稳定性，为矿山安全预警提供参考。     

单轴荷载作用下盐岩声波与声发射特征试验研究

利用自主研发的声波与声发射一体化测试装置,通过单轴加载及循环荷载试验,对盐岩变形破坏特征及声波、声发射活动规律进行深入研究.研究结果表明:(1)加载初期,盐岩裂纹体积减少,超声波波速显著增加,声发射事件极少,约占声发射事件总量的0.04％;弹性压缩阶段时,盐岩体积应变增大,而裂纹体积应变恒定,纵横波波速保持稳定,声发射活动较弱,约占声发射事件总量的2.49％;裂纹稳定增长阶段时,横波波速缓慢下降,盐岩声发射开始活跃,约占声发射事件总量的17.3％;裂纹加速增长阶段时,纵横波波速均开始显著降低,声发射活动最为激烈,并呈现震群型特征,数量约占声发射事件总量的76.5％;峰值应力后,岩体波速降至最低,有少量声发射事件产生.(2)循环加卸载条件下,盐岩的波速特征、声发射活动与应力状态表现出良好的一致性.加载过程中,纵横波波速上升,声发射活跃;卸载过程中,纵横波波速下降,声发射平静.统计应力与声发射事件的数量规律,论证盐岩的Felicity效应;比较分析Felicity比的变化,验证盐岩的累计损伤.     

超声波检测混凝土抗压强度时的温度修正

混凝土是建设工程中常用的重要材料之一,利用超声波技术可以在不损伤混凝土结构的前提下测定混凝土抗压强度。但是目前常用的超声波法和超声—回弹综合法都忽视了温度对检测结果的影响。通过实验,本文得出了不同温度下相对于20℃时的超声波波速修正系数,有利于更加准确地运用超声波法或超声—回弹综合法推定建设工程中混凝土的抗压强度值。     

分形矸石胶结充填体的宏细观力学特性

为探究分形矸石胶结充填体的宏细观力学特性,对骨料粒径分布满足分形理论的胶结充填体开展超声波探测、单轴压缩和微观扫描试验,研究胶结充填体的超声波、强度和变形特性及微观结构特征;建立考虑骨料粒径分布和多种颗粒介质及接触界面的胶结充填体颗粒流模型,探讨胶结充填体承载全程能量、裂纹、力链和颗粒破坏的演化规律,从微细观层面揭示骨料粒径分布对胶结充填体力学特性的影响机制。结果表明:胶结充填体的超声波速度和抗压强度与骨料粒径分布分形维数呈二次多项式关系,而峰值应变与分形维数呈负相关。胶结充填体的最优骨料粒径分布分形维数介于2.4～2.6,其表现出更均匀的微观结构。胶结充填体的峰值应变能随骨料粒径分布分形维数先增大后减小,但分形维数低的骨料粒径分布更有利于强化结构内的摩擦效应。胶结充填体内的裂纹由骨料尖角应力集中处萌生,并沿胶结–骨料界面发育,其在胶结基质内则沿最弱或最薄胶结基质向临近骨料尖角或断裂界面扩展。低骨料粒径分布分形维数的胶结充填体容易发生局部力链断裂,表现出明显的早期局部裂纹积聚和颗粒碎胀,分形维数的增大可以弱化该局部破坏特征,但细骨料含量的增多导致界面过渡区的扩大化,诱发更多的胶结–骨料界面力链断裂。     

骨料砂浆交界面劈裂损伤声发射特性试验研究

为了研究骨料砂浆交界面损伤破坏过程的损伤特征进而分析其损伤机理,采用全数字化声发射采集系统监测了其整个劈裂损伤破坏过程.在对所伴生的声发射信号进行全面系统分析的基础上,从声发射累积特性、声发射单参数时程变化规律、声发射组合参数变化规律等方面对交界面损伤过程的典型声发射特性进行了研究,这对识别混凝土损伤演化规律和损伤的物理机理都具有重要参考价值.     

多源煤基固废充填体强度演化规律及声发射特征

为探究多源煤基固废充填体力学特性,制备29组尺寸为70.7mm的立方体试件,采用单轴压缩实验系统得到不同龄期充填体试件抗压强度,利用XRD,SEM微观观测技术分析原材料的微观形貌及物质成分组成,并采集不同龄期试件断面微观形态结构,揭示充填体强度演化规律;基于响应面法研究各组分对不同龄期(3,14,28 d)充填体强度的影响,应用声发射测试系统监测试件破坏过程中声发射特征。研究结果表明：各因素对试件强度影响的显著性大小为：粉煤灰>矸石>脱硫石膏>气化渣与炉底渣的1∶1混合物;响应面法得到粉煤灰及矸石对充填体试件的抗压强度影响较大;新生成的棒状结晶物及蜂窝棉絮状胶凝物质随龄期的增长逐渐增多,从而使充填体强度增高;试件3 d强度最小,3～14 d强度增加幅度最大,14～28 d强度增加幅度次之;塑性变形阶段,有少量能量释放,试件表面出现细微裂纹,并逐渐演变成贯通裂隙;屈服破坏阶段,声发射振铃计数陡然增大,试件内部集聚的能量突然释放,试件表面出现明显贯通式裂隙,并逐渐裂开、崩落;峰后阶段,试件依然具有一定的强度,声发射事件依然存在,并伴随能量释放,研究成果可为工程现场充填材料...     

冻融循环后蒸汽养护混凝土的损伤—声发射特性

为研究冻融循环对蒸汽养护混凝土力学性能演化规律的影响,通过开展蒸汽养护混凝土试件冻融循环试验和单轴压缩-声发射试验,分析了冻融循环作用后不同蒸汽养护制度下混凝土加载损伤破坏声发射过程,依据声发射特征参数建立了冻融循环后蒸汽养护混凝土受压损伤本构模型,探究了损伤变量与冻融循环次数的变化关系.结果表明：60、80℃蒸汽养护对混凝土抗冻性能不利,40℃蒸汽养护混凝土与标准养护混凝土抗冻性能无明显差异;混凝土受压破坏过程的声发射振铃计数变化呈现出明显的接触期、平静期、陡增期三阶段变化规律,平静期-陡增期分界点随冻融循环次数的增加在时间上发生后移;受压过程前期,蒸汽养护混凝土损伤发展较为缓慢;相对峰值应力达到0.8以后,蒸汽养护混凝土损伤发展较为迅速,直至受压破坏.     

高温后钢纤维重晶石混凝土力学特性试验研究

研究了钢纤维体积掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%)以及温度(25、105、200、300、400℃)对重晶石混凝土(BC)质量损失、抗压强度、劈裂抗拉强度及超声波波速的影响,建立了高温作用后钢纤维BC的损伤演化曲线和超声波波速与强度的关系曲线。结果表明:随温度的升高,BC的质量损失逐渐增加,抗压强度、劈裂抗拉强度及超声波波速均逐渐下降;掺入钢纤维可提高BC的抗压及劈裂抗拉强度,对劈裂抗拉强度的影响较大;BC的超声波波速与强度的拟合度较高,可用超声无损检测技术评估BC高温作用后的受损程度。     

盐岩单轴压缩损伤演化及声发射特征研究

盐岩具有低渗透性、良好的蠕变特性和损伤恢复功能等,是油气储存的重要介质,但是盐穴储气库注采运行中,盐岩变形存在大变形的力学行为,影响储气库的安全性。利用MTS815岩石力学测试系统对不同类型盐岩进行单轴压缩实验,配合声发射监测系统对实验全过程进行声发射监测,展开了盐岩变形破坏过程的力学特性及声发射特征研究,并对其损伤演化特征进行探索。结果表明：(1)在盐岩样品中存在夹层可以明显提高其抗压强度,通过3组实验岩心平均抗压强度对比发现盐岩中存在夹层强度可提高20%,3类岩心实验过程中声发射事件在抗压强度的40%以下较为平静,超过40%时声发射事件激增;(2)通过对声发射事件空间位置研究可以得到其对应岩心的破坏演化过程：含泥盐岩最初在样品各处均发生微小裂隙,随着应力的增加微小裂隙扩展连通主要发生在泥质含量较高区域,并在该区域形成宏观裂隙;含夹层盐岩破坏首先发生在硬夹层,然后向盐岩层扩展,最终穿透盐岩层丧失承载能力;纯盐岩首先在样品中部发生损伤,然后向两端传递,但是破坏主要在样品中部聚集,最终形成宏观断裂面;(3)利用能量累计值建立损伤变量,将损伤变量的演化曲线分为四部分,并提出工程的安全预警阈...     

尾砂胶结充填体裂纹演化多尺度特征

为了研究尾砂胶结充填体在单轴压缩作用下的裂纹演化特征,利用电子万能试验机、声发射、扫描电镜和DIC技术开展单轴受载胶结充填体损伤试验,探究胶结充填体从微裂纹的萌生、扩展、贯通,直至宏观裂纹产生的多尺度演化过程。研究表明：(1)试样单轴压缩过程中破坏模式属于延性破坏,裂纹贯通形式为剪切贯通。(2)胶结充填体内部微裂隙、孔洞呈弥散、随机分布,内部形态多以块状、团状、片网状存在,内部结构较致密,整体性较好。(3)加载初期试样裂纹扩展为张拉裂纹,后期裂纹扩展为剪切裂纹,二者共同作用产生了宏观主裂纹与次裂纹,裂纹间的贯通最终导致试样破坏。(4)同一时刻不同监测点的应变变化与其所处的试样空间位置有关,越靠近试样下端面,应变越大,应变变化幅度也越大;试样存在临界破坏区域,使得弹性与塑性应变、应变增幅之间存在明显的差异性。     

冻融灰岩单轴声发射损伤特性试验研究

为探究冻融及轴向载荷作用下灰岩力学特性演化规律及内部细观结构渐进损伤特征,开展不同冻融循环次数灰岩单轴声发射试验,获得相应的物理力学参数,分析声发射信号与冻融灰岩内部微裂纹活动的相关性,定量研究冻融灰岩损伤累积变化规律,阐明冻融灰岩损伤劣化机制。结果表明：随着冻融次数的增加,灰岩单轴抗压强度、弹性模量、泊松比逐渐降低,冻融80次后分别折减61.43%,48.42%,17.33%,峰值应变点逐渐后移;声发射振铃计数变化过程可分为平静阶段、增长阶段、陡增阶段;随着冻融次数增加,灰岩单轴声发射信号活跃且呈局部高密度释放特征,声发射b值呈“V”型变化,动态b值局部突降表明大尺度裂纹产生,灰岩内部裂纹类型由剪切裂纹向拉伸裂纹阶段过渡,对应岩样由剪切破坏转为劈裂破坏;冻融0,10,20次灰岩损伤变量呈突变或渐进突变特征,冻融40,60,80次灰岩损伤变量呈分段渐进式增长;水冰相变引起孔隙结构体积膨胀、孔隙局部冰结造成的细观水压致裂现象及自由水动力学响应是造成灰岩冻融损伤的主因。     

早期高强混凝土准动态损伤试验分析

为了研究早龄期高强混凝土在承受多次反复荷载作用下内部损伤情况及超声波特性,在室内实验室制作了一批混凝土立方体试块,脱模后在标准养护室进行养护。分别测定了1、2和3 d龄期的混凝土立方体试块经历多次50%、70%和80%极限荷载前后的抗压强度和超声波波速变化规律;7、14、28 d龄期混凝土立方体试块的抗压强度和超声波波速。试验结果表明:在28天龄期内声速随龄期增长不断增大,与强度基本呈线性关系;前3天龄期的混凝土试块在承受不同比例的极限荷载时,损伤程度和变化规律不同,单轴抗压强度与超声波波速都能衡量这种变化规律。这对于研究超声波测试技术衡量爆破工程中的早龄期高强混凝土在经受多次爆破荷载作用下的损伤累积规律具有一定的指导作用。     

磷石膏废石胶结充填体强度特性正交试验研究

基于正交试验法设计了磷石膏废石胶结充填体强度测试方案,对9组不同配比、不同浓度、不同组合方式的废石胶结充填体进行了28 d龄期的单轴抗压试验。通过对试验结果的直观分析和方差分析,发现黄磷渣对磷石膏废石胶结充填体抗压强度起决定性作用,料浆浓度是影响抗压强度的显著因素,废石质量比例和废石与料浆的排列方式是影响抗压强度的非显著性因素,废石与料浆的排列方式会一定程度的影响充填体的破坏模式。废石胶结充填体强度试验结果进一步验证了矿山采用磷石膏废石胶结充填方案的合理性和可行性。     

基于巴西劈裂试验的花岗岩热损伤研究

针对常温(25℃),200℃,400℃,600℃和800℃温度处理后的花岗岩圆盘试样开展巴西劈裂试验,分析抗拉强度、体积膨胀率、P波波速等宏观物理力学性质的变化情况,同时研究温度对花岗岩微观结构和声发射特性的影响。研究结果表明:(1)扫描电镜扫描的结果显示,花岗岩经高温处理后内部萌生微裂纹,随着处理温度升高,微裂纹数目增多、延伸长度增长、张开宽度及扩展范围增大,且不同矿物成分的温度敏感性存在差异;(2)花岗岩经高温处理后抗拉强度下降,体积膨胀,P波波速降低;(3)在400℃～600℃范围内,P波波速骤降且试样切片的裂纹密度骤增,表明花岗岩热损伤阈值温度在此温度区间内;(4)声发射监测的结果显示,不同温度处理后试样的声发射事件时序分布存在差异,较高温度(600℃和800℃)处理后的圆盘试样,其加载过程中的声发射事件数目明显少于较低温度(≤400℃)处理后的圆盘试样,且试样破坏前夕声发射事件的增幅显著减小,声发射事件的定位结果与宏观劈裂裂纹的对应性减弱。     

黄土-废石胶结充填体抗压强度试验研究

宝山矿2^#砂页岩矿体采用黄土-废石胶结充填法回采。为了确定其合适的配合比,采用RMT-150B岩石力学试验机对七种配合比的黄土-废石胶结充填体的标准试样进行了抗压强度测试,利用测试结果选择C组配合比的黄土-废石胶结充填体应用于该矿工业性试验采场进行充填,并对该试验采场的充填体进行了应力测试。研究结果表明:黄土-废石胶结充填体的破坏过程分为五个破坏阶段;黄土-废石胶结充填体的强度随黄土加入量的增加而减小,随水泥加入量的增加而增加;初期强度随水泥加入量的增加而提高;选用C组配合比的黄土-废石胶结充填体充填试验采场的应力为2.25 MPa,其龄期为60 d时为原岩体的抗压强度的47.4%,满足该矿对充填体强度的要求;研究成果为其它采场选用合适的胶结充填体的配合比提供了依据。     

声发射与超声波联合测试混凝土构件损伤量试验研究

依据损伤力学理论推导声发射和超声波技术联合测试混凝土试件损伤量的可行性。制作C60混凝土试件,采取加速腐蚀与浸烘循环结合的方法使混凝土试件腐蚀劣化,测试试件超声波速和声发射参数,计算混凝土的损伤量并与实测试件的损伤量进行比对。结果表明:采用声发射和超声波联合技术可以获得混凝土的损伤量,但需要继续优化参数的取值使之与实测值吻合。     

不同温度养护后胶结充填体三轴卸围压力学特性试验研究EI北大核心CSCD

为研究胶结充填体在煤矿深部的高地温环境下发生卸荷的力学特性,采用RTX–4000型岩石动态三轴仪,对不同温度(20℃,35℃和50℃)养护后的胶结充填体进行不同初始卸荷围压下的常规三轴卸围压试验,得到胶结充填体三轴卸荷全过程的偏应力–应变曲线,分析其变形、破坏特征及强度准则。研究结果表明:50℃养护后的胶结充填体内部产生的有害热应力易使胶结充填体卸荷的应力–应变曲线在峰后阶段出现微破裂现象,进而使得变形模量在随围压卸载的过程中也出现突降和逆向增长。胶结充填体卸荷破坏形式主要为局部张拉裂纹、剪切裂纹以及由热损伤和力学损伤共同造成的错位裂纹。Mogi-Coulomb强度准则能更好地表征胶结充填体在增轴压卸围压条件下的卸荷破坏强度特征;随养护温度的升高,胶结充填体的黏聚力先减小后增大,内摩擦角先增大后减小,黏聚力的变化同卸荷峰值强度的变化规律一致,黏聚力越大,卸荷峰值强度越高,表明黏聚力为影响胶结充填体卸荷峰值强度的主要因素。     

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。