岩石试样直接拉伸力学性能及声发射活动分析

为探究直接拉伸作用下岩石力学特性和损伤演化特征,对3种岩石试样进行单轴直接拉伸声发射测试,分析岩石的直接拉伸力学性能及声发射活动规律。结果表明,岩石试样的拉伸应力-应变曲线在试验加载初期表现为线性关系,随着载荷增加,应力-应变曲线缓慢弯曲;拉伸破坏前试样没有明显的屈服阶段,拉伸宏观破坏瞬间产生,没有峰后曲线;随着拉伸应力的增加,岩石内部低强度晶体或微裂隙发生破坏或扩展,使试样抵抗拉伸变形能力减弱,表现为试样拉伸弹模随拉应力增加而下降。拉伸过程中的AE活动对应着岩石内部微损伤的产生和发展,拉伸过程的初期和中期AE事件极少,在试样拉断破坏之前,声发射事件急剧增多,强度和能量急剧增大,远远大于前期AE信号的幅度。AE事件的位置分布与试样的宏观破坏面有较好的对应关系,表明实时分析AE或微震活动,可以分析岩石内部的损伤状态和破坏位置。     

弯曲加卸载下杂质盐岩断裂力学行为特征研究

为研究弯曲荷载下杂质盐岩断裂力学行为及损伤演化规律,利用四川大学MTS815岩石力学测试设备及三维声发射监测系统,展开了纯盐岩、含杂卤石盐岩及杂质盐岩三点弯曲加卸载试验。试验结果表明：(1)杂卤石及泥质胶结提升了盐岩的韧性,纯盐岩的断裂韧度均值KIC=6.36MPa.mm^-0.5,杂卤石盐岩的断裂韧度较纯盐岩高43.08%,杂质盐岩的断裂韧度为纯盐岩的3.18倍;(2)杂质导致盐岩脆性提高,纯盐岩声发射事件覆盖区域大于杂卤石盐岩及杂质盐岩;三点弯曲加卸载下岩石内部声发射事件由切槽尖端逐渐向荷载点扩散,直至岩石完全断裂;(3)盐岩损伤程度随循环次数增长逐渐提高,但增长速度逐渐降低,损伤变量与切槽张开度符合指数函数关系,损伤变量-张开度曲线拐点对于研究岩石失稳倾向性具有一定的预测效果;(4)声发射参数rc值能够反映盐岩弯曲加卸载破坏全过程中主裂纹与微裂纹的发展趋势,峰后残余阶段纯盐岩及杂卤石盐岩rc曲线持续上升,微裂隙稳定发展;杂质盐岩表现出更强的脆性,其在峰后残余阶段rc曲线表现出与纯盐岩及杂卤石盐岩相反的变化趋势。     

岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在50 mm×100mm试样两端粘结80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

岩石试样围压下直接拉伸试验

圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的,Griffith准则认为压应力小于3倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响,这些问题都需要直接的试验验证.在φ50 mm×100 mm试样两端粘结φ80 mm的拉头,置入液压缸中施加围压,拉头承受轴向载荷引起岩样拉伸;同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷,平衡其承受的部分拉伸载荷.通过改变轴向压缩载荷的数值,就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度.尽管试验结果具有相当的离散性,但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小,巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强度.岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述.     

不同沉积年代砂质泥岩拉伸力学特性研究

为分析不同沉积年代对西部弱胶结砂质泥岩拉伸力学特性的影响,以白垩系志丹群组、侏罗系直罗组和延安组砂质泥岩为研究对象,基于矿物成分和微观分析,开展巴西劈裂声发射试验,研究其在劈裂过程中的峰值能率、破坏形态、声发射特征、损伤变量演化以及拉伸力学特征.结果表明:志丹群组、直罗组、延安组红庆河顶板和底板砂质泥岩的微观形貌分别为叠层状、蠕虫状、团窝状和散粒状,其抗拉强度分别为1.78,2.38,6.13和5.27 MPa,峰值能率分别为420.9,571.1,2 419.5和1 420.0 J/m~2;志丹群组砂质泥岩破坏形态单一,无裂纹分叉,直罗组砂质泥岩出现粗裂纹,延安组砂质泥岩出现主裂纹分叉,甚至撕开,呈多种破坏形态;延安组砂质泥岩声发射累计撞击数、累积能量均高于志丹群组、直罗组;延安组砂质泥岩损伤变量D呈台阶式陡增,志丹群组和直罗组呈渐变式特征,具有明显差异.     

大理岩破坏的声发射双主频特征及其机制初探

声发射是加载过程中岩石微破裂产生的瞬态弹性能释放现象,在岩石力学测试中得到广泛应用。目前,声发射主要通过参数分析和定位分析描述加载过程中岩石的微破裂演变特征。然而,岩石的微破裂包括张破裂和剪破裂两类,声发射信号能否反映岩石的微破裂形式显然是一个值得探究的课题。选取四川宝兴县大理岩,分别进行直接拉伸试验、巴西圆盘劈裂试验和单轴压缩试验,采集了不同试验方法所有试件的声发射波形信号,采用快速傅里叶变换方法编程实现了声发射波形信号的频谱分析,批量获取了声发射波形信号的主频值。统计分析表明:大理岩破坏的声发射信号均存在明显的、与试验方法无关的双主频特征,反映了大理岩破裂的固有特性;初步力学机制分析表明,双主频可能反映了岩石的两种不同微破裂形式,其中低主频带对应微观拉破裂,高主频带对应微观剪破裂。     

金属拉伸声发射信号特征分析

在利用声发射技术对金属缺陷的萌生、扩展及断裂过程进行检测时, 必须明确缺陷产生不同 阶段的声发射信号特征.为了获取该特征, 采用金属拉伸试验模拟金属缺陷产生过程.为此, 利用现 有DSP 数据采集系统搭建金属拉伸试验平台, 根据GB 228 -2002《金属材料试样拉伸实验方法》, 进行拉伸试验.经分析, 试验所得不同阶段声发射信号时域特征与理论吻合;再利用不同阶段典型 声发射事件进行频域分析, 发现频率成分明显不同, 塑性变形和屈服阶段频率成分主要集中于低频 段, 断裂阶段频率成分在高频段显著增加.金属拉伸过程不同阶段声发射信号的时域、频域特征差 别明显.     

山西晋中马兰黄土劈裂特性及抗拉强度研究

为研究干燥黄土巴西劈裂试验的稳定性和有效性,本文从试样的劈裂特征、荷载-变形关系、抗拉强度与干密度的关系、直接拉伸与巴西劈裂抗拉强度等方面开展了原状与重塑马兰黄土的巴西劈裂试验研究.结果表明:试样破坏分为不同破坏类型,它们对试验结果影响不同,偏离直径裂纹的出现会使试样结果偏小;剔除破坏类型对抗拉强度影响较大的试验结果后...     

基于ARAMIS的铝合金拉伸过程声发射特性分析

对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验,利用ARAMIS应变测量系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场,并同时用声发射检测仪检测了铝合金拉伸过程中的声发射信号。通过分析试件拉伸过程中各个阶段声发射特征信号,对比同时刻ARAMIS所得的应变云图,结合金属学原理,分析了5052铝合金在拉伸过程中各个阶段声发射信号产生的机制。结果表明:ARAMIS应变测量系统和声发射检测仪均能较好地测得5052铝合金在拉伸过程的变形破坏特征,利用ARAMIS应变测量系统测得试件表面吕德斯带的变化规律可以进一步解释试件在拉伸过程中声发射信号产生原因。     

对岩石拉伸试验方法的探讨

为了寻求既简单又精确的岩石拉伸试验方法,针对试件与试验机连接难的问题,以花岗岩为试件用两种方法进行了一系列单轴拉伸试验,第一种方法利用伍德合金熔点低的特性来实现试件与试验机的连接;第二种方法把试件直接用高强粘结剂粘接在压头上.试验结果表明:在第二种试验方法中,拉应力能均匀地施加到试件上,得到的结果准确度高.试验同时,对试件的抗拉强度、极限应变、声发射事件率等进行了测量.     

对岩石拉伸试验方法的探讨

为了寻求既简单又精确的岩石拉伸试验方法,针对试件与试验机连接难的问题,以花岗岩为试件用两种方法进行了一系列单轴拉伸试验,第一种方法利用伍德合金熔点低的特性来实现试件与试验机的连接;第二种方法把试件直接用高强粘结剂粘接在压头上.试验结果表明在第二种试验方法中,拉应力能均匀地施加到试件上,得到的结果准确度高.试验同时,对试件的抗拉强度、极限应变、声发射事件率等进行了测量.     

试验方法对岩石抗拉强度测定的影响

采用弧压劈裂、角压劈裂及直接拉伸３种试验方法,对煤、砂岩、泥岩、大理岩进行了大量的抗拉强度测试．结果表明：同一种岩样,３种不同方法测定的抗拉强度相差很大,但具有弧压和角压劈裂法测定的岩石抗拉强度平均值与直接拉伸法测定的抗拉强度相近的规律．通过对弧压和角压劈裂试验试件内应变场分布规律的测定,分析了产生上述现象的原因,并提出了关于岩石抗拉强度测定的几点建议     

巴西拉伸仪的研制及泥岩抗拉强度测定方法的探讨

针对松软泥岩抗拉强度难以测度的问题，研制了巴西拉伸仪。通过大量的试验对比，提出了松软泥岩抗拉强度的测试方法。为松软泥岩抗拉强度的测定提供了测试仪器。     

钢筋混凝土梁声发射检测参数设置和受力特征试验研究

为了建立声发射参数与钢筋混凝土梁受力特征之间的关系,进行了钢筋混凝土梁的四点弯曲试验和声发射测试试验.通过预加载和断铅试验,给出了适用于钢筋混凝土梁的门槛值确定方法、时间参数(峰值定义时间、撞击定义时间和撞击闭锁时间)确定方法、声发射波速的测定方法,以及相应的测试结果.通过四点弯曲试验和声发射测试试验,得到了振幅、振铃计数、能量和上升时间等声发射参数随荷载的变化关系,揭示了利用上述声发射参数表征钢筋混凝土梁受力特征的规律和方法.基于声发射参数,通过计算得到了试件在初始开裂和屈服时的裂缝分布情况,与试验结果相比,在裂缝数量和裂缝位置上,均吻合较好.     

会泽铅锌矿深部岩体岩爆倾向性实验研究

应用TAW-2000D岩石三轴试验机和SDAES型数字声发射仪,以会泽铅锌矿深部矿岩为研究对象,通过单轴压缩、巴西劈裂试验,分析岩体的变形破坏特征和声发射规律;以冲击能指数WCF和岩石脆性指数B和应变能密度SED作为判别准则,对岩爆的倾向性进行研究.研究结果表明:岩爆倾向性强的岩体,声发射活动出现相对平静期,岩爆倾向性弱的岩体则没有;岩体的声发射特性与岩体的破坏模式直接相关,根据其声发射规律可预测岩爆倾向性;会泽铅锌矿深部矿岩存在中等至强烈岩爆的倾向.     

基于不同预裂长度防控顶板型冲击地压风险：机理与效果研究（英文）

顶板预裂是控制潜在顶板型冲击风险的有效方法。本文采用不同预裂长度的细砂岩试样开展了三点弯曲加载试验,利用数字散斑方法(DSCM)和声发射技术(AE)对裂纹扩展全过程进行了监测,分析了预制裂隙对岩梁断裂的影响规律,揭示了岩梁断裂过程的力学机理,提出了顶板预裂设计方法,在济宁二号煤矿10303工作面进行了工程实践。研究结果表明：预裂岩梁的加载曲线表现出明显峰后特征;与完整岩梁相比,35 mm预裂岩梁的抗拉强度和最大拉应变分别降低了32.4%和33.1%,声发射b值增大了30.2%;10303工作面预裂施工后的最大微震能量和平均微震能量分别降低了25.6%和6.4%,厚层坚硬顶板预裂效果良好。     

三轴应力下盐岩声发射特征研究（研究生论坛稿件）

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI–2声发射(AE)三维定位实时监测系统,开展不同围压下盐岩的三轴压缩声发射定位试验,探讨盐岩轴向加载过程中声发射特征的围压效应。研究结果表明：盐岩AE定位点多少与振铃计数率大小、能率高低具有良好的一致性。声发射高计数、高能率、定位点集聚段等随围压增加而滞后。低围压下,盐岩发生剪切破坏,高计数、高能率、AE定位点集聚段主要出现在屈服阶段和峰值应力前阶段;高围压下,盐岩呈塑性大变形特征,高计数、高能率、AE定位点集聚段主要在峰值阶段及峰后阶段出现。围压增加,累计计数和定位点的总量呈减少趋势;最大能率和累计能量随围压增加而减小,5MPa约分别为30MPa的43倍和22倍。     

PVA纤维增强水泥基复合材料的性能试验研究

通过单轴抗压试验、直接拉伸试验、四点弯曲试验、抗折试验对不同配比和不同试件形状的PVA纤维增强水泥基复合材料进行力学性能试验研究,结果表明：加有PVA纤维的水泥基复合材料的抗压强度提高不大,大约是10%,而抗拉强度和抗弯强度则提高很多,且出现了许多细小裂缝,呈现出应变硬化特性,极限拉应变可达1.8%;利用直板型试件做直接拉伸试验比胫型试件做直接拉伸试验的试验结果准确,且易于试验操作.试验结果证实了PVA纤维增强水泥基复合材料具有很好的韧性.     

层状大理岩间接拉伸试验及断口形貌和断裂机理分析

通过MTS815试验系统、激光扫描仪和SEM电镜对锦屏Ⅱ级水电站交通辅助洞的盐塘组互层状大理岩进行间接拉伸试验研究、断口形貌测试和细观断裂机理分析。结果表明：拉应力的作用方向与层理面的夹角显著影响岩石的抗拉强度及破坏机理,当拉应力平行层理面时,岩样的平均抗拉强度约为6.32 MPa,断口形貌较为粗糙,表面分维约为D=2.14~2.17;而当拉应力垂直层理面时,岩样的平均抗拉强度仅约2.57 MPa,断口形貌较为平缓,表面分维约为D=2.07~2.10。对于同一种岩石,断口形貌特征与其抗拉力学性能具有明显的对应关系,即断裂表面越粗糙,其分形维数越大,对应的抗拉强度也越高,反之亦然。通过SEM揭示了产生这种现象的细观断裂机理,当拉应力垂直层理面时,岩石主要发生沿晶断裂,穿晶断裂相对要少些;而当拉应力平行层理面时,岩样的断裂模式主要为沿晶和穿晶耦合断裂。研究表明,不同的微细观断裂模式是层状大理岩断口形貌迥异和力学性质差异的根本原因。     

混凝土劈裂抗拉声发射特性性能研究

研究混凝土劈裂抗拉声发射特性,结果表明试件的劈裂抗拉破坏过程基本符合混凝土轴心受拉破坏的特征,可近似认为试件是轴心受拉破坏。在应变很小时,声发射信号非常微弱;随着应变的增大,声发射信号逐渐增强,混凝土损伤不断发展;随损伤发展到一定程度,声发射能率迅速增大到峰值,之后进入衰减期。表明利用声发射技术研究混凝土劈裂抗拉行为的可能性。