基于声发射和分形的钢筋混凝土受剪梁损伤

通过5根不同剪跨比和不同配箍率的钢筋混凝土梁受剪破坏试验,运用声发射检测技术和分形理论对混凝土梁细观和宏观损伤演化过程进行研究.根据梁受剪破坏过程中产生的声发射信号的能量和振铃计数等参数以及裂纹分形特征,定量分析了混凝土梁受剪损伤演化过程.试验结果表明:声发射振铃计数和能量随损伤程度呈三阶段变化,累计振铃计数和累计能量...     

酸雨腐蚀对混凝土材料断裂特性的影响

为研究酸雨腐蚀环境下混凝土断裂性能的劣化情况而进行混凝土的实验室加速腐蚀实验,并通过三点弯曲试验及电测法获得了不同腐蚀程度混凝土的起裂荷载、最大荷载以及试件的弹性模量和断裂韧度的劣化情况,同时借助电镜扫描获取腐蚀混凝土裂尖的劣化样貌。在模拟酸雨环境下,混凝土裂纹尖端的腐蚀深度随着侵蚀时间的持续而逐渐增长,裂纹尖端混凝土将发生结构性的损伤,混凝土材料松弛并产生微裂隙,这将直接影响混凝土裂尖的抗裂能力。与水中浸泡试件相比,腐蚀试件的抗裂能力发生显著的退化;在不同pH值的模拟酸雨环境中,试件的起裂荷载与最大荷载都随着腐蚀时间的增加而呈现先增长而后降低的趋势;随着腐蚀程度的增加,起裂荷载则会加速劣化。混凝土断裂韧度随腐蚀时间先增大后减小;溶液pH值越低,断裂韧度的增长周期越短,最终的损失也越大。H⁺和SO₄^2-使裂尖混凝土发生复杂的物理化学变化,直接弱化混凝土的抗裂能力。混凝土断裂韧度劣化率随裂尖腐蚀深度呈现出抛物线式的发展态势。     

玄武岩纤维混凝土抗弯冲击的声发射特性研究

结合不同纤维掺量的玄武岩纤维混凝土(简称BFRC)与无纤维的普通混凝土抗弯冲击试验,采用全数字化声发射系统采集对BFRC从加载至最终破坏的声发射特征参数,识别BFRC以声发射特征参数为基础的损伤断裂机制。结果表明,在较合理的纤维掺量为1.05kg/m3时,BFRC初裂次数达到73次,与素混凝土梁相比提高108.2%,终裂次数达到81次,与素混凝土梁相比提高100.5%。BFRC具有以下声发射特征:1)不同掺量的BFRC在初裂前平均振铃计数和平均能量都比素混凝土小,玄武岩纤维能够有效阻止冲弯作用下裂纹的产生和发展;2)初裂后,素混凝土采集的声发射能量和振铃计数急剧降低,而BFRC每次冲击产生的高幅值信号在第一峰值后交替产生,玄武岩纤维能够延迟混凝土的断裂并提高其冲击延性。     

不同尺寸混凝土楔入劈拉试件双K断裂韧度试验研究与理论分析

为了研究不同尺寸的混凝土结构的断裂性能,设计了5组共20个不同截面高度的楔入劈拉试件进行混凝土断裂试验.改进了试验加载装置以抵消竖向力的作用,简化了分析计算.在双K断裂理论的基础上,采用应力强度因子叠加原理对不同截面高度的楔入劈拉试件的有效裂缝长度和双K断裂韧度进行了计算.试验结果表明:在200~700 mm设计的截面高度范围内,试件起裂荷载、失稳荷载及有效裂缝长度均随截面高度的增大而呈线性增大;起裂断裂韧度基本不受试件高度变化的影响;失稳断裂韧度在试件截面高度低于500 mm时表现出一定的尺寸效应,随试件高度增大而逐渐增大,当试件截面高度大于500 mm时其值趋于稳定,可认为是一个常数.     

冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料断裂性能

针对冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料断裂性能的影响问题,提出了基于快冻法的三点弯曲试验方法,研究了冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料的起裂韧度、失稳韧度及断裂能的影响,并对冻融循环后的试件质量及表面现象进行了分析.结果表明:在冻融循环250次后,试件的质量增加1.92%,起裂韧度、失稳韧度、断裂能分别降低了37.2%、51.1%及48.4%;随着冻融循环次数的增加,试件的质量呈现增长趋势,试件表面破坏情况愈发严重,试件的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均呈现下降趋势.     

玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的断裂性能

为探讨玄武岩纤维混凝土(BFRC)的断裂性能,采用《水工混凝土断裂试验规程》的三点弯曲梁法,制作缝高比为0.4的不同纤维长度及掺量的混凝土试件,利用MTS试验机对试件进行加载试验,得到玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的试验结果,并对P-CMOD曲线、起裂韧度、失稳韧度及断裂能等断裂参数进行分析,结果表明：掺入玄武岩纤维后,试件的断裂性能得到了提升,纤维掺量越多,纤维长度越长,P-CMOD曲线的下降段越饱满;纤维长度为18 mm、掺量为1.5%的试件起裂韧度及失稳断裂韧度的提升最为明显;纤维长度为12 mm、掺量为1.5%的试件断裂能最大。     

岩石动态断裂性能的Ⅱ型能量型尺寸效应与应变率效应研究

目前对Ⅱ型能量型尺寸效应与应变率效应的物理本质还没有解释清楚.利用霍普金森压杆系统(SHPB)对一种带预制裂纹的半巴西圆盘岩石试件进行加载,对比不同试件尺寸和不同应变率情况下试件的起裂韧度,探究岩石材料动态Ⅱ型尺寸效应和应变率效应的规律.结果表明:岩石起始断裂韧度随着加载速度的增大,近似呈线性增大,表现出明显的应变率效应;在相同的加载速度情况下,岩石的起始断裂韧度随着试件的尺寸增大而增加,且岩石断裂韧度的尺寸效应会随着应变率的增加而增强,即更高的加载速度会使得Ⅱ型能量型尺寸效应更明显.     

深部片麻岩破坏全过程声发射时频域信号特征及前兆预警研究

针对矿山深部开采中岩石突发性灾害事故频发问题,以揭示岩石破坏前兆特征为目的,以金厂峪金矿深部片麻岩为研究对象,采用单轴压缩声发射试验,研究深部片麻岩承载过程与声发射时频域特征的关联性,并深入分析岩石失稳破坏前声发射时频域参数的前兆特征及两者的耦合性.结果表明:(1)声发射时域参数振铃计数在屈服阶段表现出明显的"单峰"型突增浮动特征;振铃计数率、累计振铃计数和能率、累计能量在临近破坏前呈现"高值突增"现象.(2)岩石破坏全过程声发射主频分为5个频带,低频带信号(0～40 kHz)占比呈现先增大后减小、再增大又减小的规律;中低频带信号(>40～80 kHz)零星分布,无明显特征;中频频带信号(>80～130 kHz)在岩石破坏全过程中占比最大,且呈现稳定变化趋势,临近破坏前呈现快速增大特征;中高频带信号(>130～160 kHz)只在岩石临近破坏前才出现;高频带信号(>160～200 kHz)占比呈现先减小、后增大的规律.(3)临界破坏前振铃计数、能率的"突增"和高频信号在相同时间所表现出的"快速增加"和"下移"特征以及低频信号"缺失"的特征可作为岩石失稳破坏的关键前兆信息.通过分析声发射时频域特征参数变化,可以更加准确地对岩石破坏前兆信息进行判断识别,这对矿山开采及工程施工安全预警具有重要的应用价值.     

单轴压缩下不同含水率红砂岩声发射特性试验研究

采用高低两种不同频率的声发射通道,对3种不同含水率的红砂岩进行单轴压缩声发射试验,分析了不同含水率下的红砂岩力学特性与声发射特性.试验结果分析表明:随含水率增加,红砂岩峰值应变量呈下降趋势;两种不同的声发射通道中,随着含水率的增加,声发射振铃计数均减少,主要区别在于数量明显不同;同一种声发射通道中,含水率对高频通道中振铃计数率变化规律无明显影响.低频通道中,随着含水率的增加声发射振铃计数出现明显的"滞后"现象.     

冲击载荷下岩石试件破碎耗能的尺寸效应研究

能量转化在岩石变形破坏过程中发挥根本性的作用,研究并建立岩石破坏过程中能量消耗的变化规律,将有助于理解动载作用下岩石强度变化和变形破坏的本质特征.采用SHPB装置对不同直径的半巴西圆盘试样进行动态加载实验,从冲击因子的角度对岩石动态破坏的能量消耗、强度特征以及动态尺寸效应进行分析.实验结果表明:当试件尺寸一定时,岩石破碎时吸收能、起裂韧度和断裂能密度均随冲击因子的增加而线性增加;当冲击因子一定时,随试件尺寸的增大,吸收能、起裂韧度和断裂能密度均增大,具有明显的尺寸效应.采用冲击因子表示岩石的变形破坏具有更好的工程适用性.     

基于声发射技术的高韧性水泥基复合材料开裂损伤特性

研究了同等抗压强度等级的普通混凝土和高韧性水泥基复合材料的抗弯拉力学性能,采用声发射(AE)技术对比检测和分析了二者在三分点弯曲荷载作用下的开裂损伤规律。力学测试结果表明,高韧性水泥基复合材料具有较高的抗弯拉强度和应变硬化能力。AE检测结果表明,随着普通混凝土强度的增大,AE信号幅度增大,但其AE事件总数增长规律和幅值分布规律与强度无明显关系;高韧性水泥基复合材料AE信号的幅值和分布密度均比同等抗压强度等级的普通混凝土小;普通混凝土试件的断裂过程区主要集中在断裂面附近,而高韧性水泥基复合材料基本已覆盖了整个纯弯段,在细密裂缝的扩展过程中高强纤维对裂尖能量进行了有效的吸收和传递。     

Tests and simulation analysis on fracture performance of concrete

To obtain the fracture parameters of concrete, fracture tests were conducted with three-point bending beam method aiming at 30 concrete beams with different sizes and different intensity. The concrete specimen with prefabricated crack to determine the fracture parameters of concrete were conducted and the fracture performance of the specimen was analyzed. The test results show that, initial fracture toughness is unrelated to the size of specimens; while unstable fracture toughness is related to the size of specimens. As for specimens of bastard size, when concrete intensity is relatively low, unstable fracture toughness increases along with the increase of intensity; when concrete intensity is relatively high, unstable fracture toughness will decrease; when concrete intensity increases continuously, unstable fracture toughness will further increase somewhat. As for specimens of standard size, unstable fracture toughness will increase along with the increase of intensity. Aiming at concrete beam specimens, we conducted two-dimensional non-linear finite element analysis, obtained the stress intensity factor, and carried out contrastive analysis with the experimental results.     

集料-水泥石界面对混凝土损伤断裂性能的影响

通过不同的界面处理工艺改变混凝土中集料-水泥石粘结强度,研究集料-水泥石界面对混凝土单轴受压应力-应变全曲线、四点弯曲断裂能和裂缝扩展模式的影响规律.研究表明:集料-水泥石界面对混凝土的强度和韧性具有一定的影响,强化集料-水泥石界面可以提高混凝土的抗压强度,但却降低其韧性;弱化粗集料-水泥石界面,会明显降低混凝土的强度和变形能力;而弱化细集料-水泥石界面能提高混凝土的断裂能和延性指数,原因是细集料表面的初始缺陷将宏观分离裂缝诱导为均匀分布于砂浆基体中的弥散裂缝,增加了有效裂缝长度,同时也增大了断裂过程区,从而改善了混凝土的延性.     

硫酸盐侵蚀环境下混凝土双K断裂参数试验研究

为了评估硫酸盐侵蚀环境下混凝土的工作性能并为断裂分析提供依据,采用三点弯曲梁试验方法,研究在硫酸盐侵蚀和干湿循环双重作用下混凝土双K断裂参数等断裂性能的劣化规律.基于断裂力学理论,通过在裂缝尖端表面粘贴应变片来监测裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况,得到在不同硫酸盐侵蚀龄期下试件的P-CMOD曲线.以侵蚀系数为评价指标,采用混凝土双K断裂准则计算构件的失稳韧度和起裂韧度.结果表明:起裂荷载与最大荷载的比值PQ/Pmax大致分布在0.55～0.90,失稳韧度和起裂韧度在侵蚀初期均有较明显的增大,转折点分别为60和30d,之后随侵蚀龄期不断缓慢减小.与失稳韧度相比,起裂韧度受硫酸盐侵蚀因素的影响较敏感.     

单轴压缩条件下不同裂纹制作方式的裂纹破坏分析及其声发射特征研究

采用类岩石材料研究了不同裂纹制作条件下张拉裂纹的破裂过程, 并利用声发射测试技术分析了试样在破坏过程中裂纹的萌生、起裂、扩展和破裂全过程的声发射特征。试验结果表明, 不同制作条件下裂纹扩张呈现不同的破坏方式,有不同的起裂强度和抗压强度,而且在hits t时间曲线上存在差别;声发射hits t时间曲线呈现与应力时间曲线同步性的特点,并且曲线自身突变性反映了裂纹扩展中能量释放的突发性,两者的符合性较好。     

三点弯曲下PVA-尾矿砂水泥基复合材料断裂特性

针对混凝土的早期开裂问题,设计了PVA-尾矿砂水泥基复合材料三点弯曲梁试验,研究了尾矿砂掺量、缝高比、纤维掺量以及使用条件对断裂韧度和断裂能的影响规律.通过试验得出P-δ曲线和P-COM D曲线,并计算断裂韧度和断裂能.结果表明:断裂韧度与缝高比成反比,且随着纤维掺量的增加而增加,但尾矿砂对断裂韧度的影响却很小;断裂能随纤维掺量的增加而增加,随尾矿砂掺量的增加而降低;正常使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值比腐蚀使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值均增大约10%.     

脆性材料断裂韧性的单一尺寸试件测定方法

脆性或准脆性材料(混凝土,陶瓷,大理石,岩石等)的断裂韧性随试件的大小而改变,具有明显的尺 寸效应．通常情况下描述材料尺寸效应的Bazant尺寸效应律是建立在一系列相似试件的基础上通过实验方 法确定的．提出了一种新的用单一试件测定断裂韧性的实验方法和计算公式,即采用含不同裂缝长度的单一 尺寸试件测定材料的断裂韧性与相似试件测定方法相比,测定结果吻合很好,该方法具有很强的实用性、便 于在实验室环境下用小试件测量,计算方法也很简便．     

基于双K断裂模型的海水对混凝土断裂性能的影响研究

基于双K断裂模型,通过三点弯曲试验研究了海水养护、海水搅拌对混凝土断裂性能的影响。试验结果表明:海水拌制明显降低了混凝土的起裂荷载及峰值荷载,对混凝土的起裂断裂韧度KIcini及失稳韧度KIcun也均有降低作用,降幅最大分别达到52.6%和25.6%;海水养护对双K断裂参数影响相对较小,起裂断裂韧度及失稳韧度降幅范围分别为3.2%~23.4%、12.7%~20.8%。此外在海水影响下,计算得到的断裂能有较明显的降低,降幅范围在14.5%~28.1%。海水对混凝土立方体抗压强度影响较小。