岩土破坏过程声发射特征的实验研究

通过对重庆黄泥包滑坡处采集的岩土试样进行单轴压缩和拉伸实验,测试了岩土破坏过程的声发射信号,得出了岩土破坏过程声发射的基本特征:在单轴压缩实验中,声发射能量信号随着压力的增加呈现连续增加的趋势,在主破裂时刻有较强声发射能量信号产生;在蠕变实验中,AE在压力上升阶段信号增强,在恒定压力下,AE信号有所减弱,整体趋势较为平缓;在拉伸实验中,岩土的破坏方式呈主震型和群震型;AE信号能够反映岩土受载过程;岩土的抗压强度与声发射能量最大值呈正相关性;加载速率越大,声发射能量最大值也越大。     

基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析北大核心CSCD

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

不同裂隙形式类岩体单轴压缩破坏特征研究

采用水泥砂浆制作具有不同倾角、不同裂隙形式和不同岩桥间距的预制裂隙类岩体试样,开展单轴压缩试验。基于滑动裂纹理论,分析在单轴压缩作用下类岩体破坏受力特征和破坏形式。结果表明:裂隙形式、裂隙倾角和岩桥长度等参数变化对试样强度和破坏形式有较大影响,且在不同破坏模式中起主要作用的控制性参数不一样;对于不同倾角的单裂隙和平行双裂隙试样在单轴压缩破坏形式基本类似,当倾角在0°~90°变化时,它们的峰值强度随倾角的变化趋势呈下凹型,当岩桥倾角为45°时试样的峰值强度最低;对于不同岩桥长度不共面断续裂隙试样,试样的抗压强度会随着岩桥长度的增大而逐渐增大,而对于共面断续裂隙试样裂隙岩桥长度为20 mm左右时最容易被破坏     

拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

岩体崩塌是西南岩溶山区广泛分布的地质灾害,崩塌失稳过程极为迅速,常规监测手段难以有效监测预警。根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征。研究结果表明：位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息;高频声发射信号的多种时域和频域参数在2种工况下的岩体崩塌相似试验中均表现明显的阶段性特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示;采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分3类信号,低频信号在加速损伤阶段出现突降;根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段,模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。研究成果为发展岩溶山区岩体崩塌监测预警方法和技术提供了支撑。     

不同矿井煤样变形破裂过程中的电荷感应实验研究

采用单轴压缩煤电荷感应信号测试系统,研究了不同矿井煤在不同加载速度下变形破裂过程中的电荷感应规律。研究结果表明,煤样在加载初期即有电荷感应信号,随着应力水平的增加,不断有电荷感应信号产生,且信号幅值不断增加,在应力峰值前后电荷感应信号最强,信号也最为丰富,煤样主破裂发生后仍有明显的电荷信号,但信号幅值较小;在煤样应力发生突变时有较强的电荷感应信号产生;抗压强度越高、冲击倾向性越强的煤样,电荷感应信号也越强,信号越丰富,持续时间越长;加载速度越大,所产生的电荷感应信号越强。电荷感应信号与煤的变形破裂和煤样类型有一定关系,可以用电荷感应信号反映煤的破坏程度。     

基于能量耗散原理的非均质岩石损伤破坏元胞自动机模型研究

基于能量耗散理论建立非均质岩石的动态损伤破坏元胞自动机,分析单轴压缩试验中岩石破坏截面的损伤状态,得到该情况下的岩石裂隙微观动态发展过程、损伤演化关系以及全程应力应变曲线。研究发现:①加载过程中,均质度较低的岩样裂纹的萌生和扩展较为分散,损伤速率低;均质度较高的岩样裂纹的萌生和扩展非常集中,表现为脆性破坏。②损伤演化曲线呈3阶段S形发展。③随着岩石均质度参数的增加,岩石的峰值强度和峰值应变都有所提高,峰后曲线越来越陡。④给出的衡量岩石脆性破坏强弱程度的指标参数,能够较好地描述岩石破坏形式随着均值度参数m变化的规律。     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征研究

通过对不同位置预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行声发射试验,开展了不同预制裂缝偏移比下混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的声发射过程参数、状态参数、统计参数分布规律,以及参数间相关性研究。结果表明:振铃计数—时间曲线、能量释放率—时间曲线的突变可表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程的临界状态,随着预制裂缝偏移比的增大,峰值荷载增大,试件脆断性增强;部分声发射过程参数间具有高度或中度相关性;随着裂缝偏移比的增大,试件起裂阶段主频均以低频占优,失稳阶段主频呈现"高—低"趋势。该研究可为混凝土损伤状态判别提供一定基础。     

碳纤维桥梁拉索疲劳损伤声发射信号小波分析

碳纤维具有强度高、耐久性好等优点,现已广泛应用于土木工程结构中。用碳纤维材料制作的桥梁高耐久性拉索,已经在多个桥梁中得到应用,但是对这种新型桥梁拉索的损伤监测目前还缺乏有效的手段。本文拟采用声发射技术监测碳纤维桥梁拉索疲劳损伤。首先,通过疲劳试验,得到了拉索整个损伤过程的声发射特征参数,并将声发射特征参数两两组合,研究结果表明:采用计数、能量、持续时间、幅值和时间的相关点图可以来综合表征损伤。其次,基于声发射监测信号特点,考虑用小波变换的奇异性检测来处理声发射信号,分析小波系数的奇异性,采用"节点-幅值"定位检测方法,实现了对拉索的损伤识别。与相关点图相比较,小波分析方法在处理声发射信号时,图形更加清晰,特征更为突出,损伤更易识别,而且还可以利用小波阈值去噪、对声发射信号实行信噪分离、提高信噪比,从而提高损伤识别的准确性。     

基于三轴压缩试验的盐岩损伤与体应变关系理论研究

基于三轴压缩试验,分析三轴压缩过程中盐岩的应变变化特点,定义压缩扩容边界点为最大体应变点。根据岩石内部裂隙发展演化情况,分析与其相应的盐岩内部特征量,得出孔隙率的改变是导致盐岩应变变化的内部原因。根据这一分析成果,定义不同应力状态下的孔隙率为损伤变量,得出不同损伤状态下盐岩孔隙率的变化情况,得到盐岩损伤与体应变关系式。该关系式定量表达了盐岩损伤与体应变之间的关系,为进一步研究盐岩在不同损伤状态下的气体渗透规律提供了理论基础。     

混凝土I-II复合型断裂过程声发射特征研究

通过对不同位置预制裂缝的混凝土三点弯曲梁进行声发射试验,开展了不同预制裂缝偏移比下混凝土I-II复合型断裂的声发射过程参数、状态参数、统计参数分布规律,以及参数间相关性研究。结果表明:振铃计数—时间曲线、能量释放率—时间曲线的突变可表征I-II复合型断裂过程的临界状态,随着预制裂缝偏移比的增大,峰值荷载增大,试件脆断性增强;部分声发射过程参数间具有高度或中度相关性;随着裂缝偏移比的增大,试件起裂阶段主频均以低频占优,失稳阶段主频呈现“高—低”趋势。该研究可为混凝土损伤状态判别提供一定基础。     

泥化夹层压缩试验的损伤特征及损伤方程研究

泥化夹层的损伤破坏是影响边坡稳定性的重要因素,为研究其损伤机理,进行了不同围压条件下的压缩试验,通过试验数据和试样破坏外观分析损伤情况;利用CT扫描仪在试验不同加载时刻对泥化夹层进行实时CT扫描,结合MATLAB图像二值化处理,得到不同围压下泥化夹层损伤识别图像,反映了内部损伤发展情况;最后根据推广的应变等价原理,通过变形模量确定损伤变量,获得泥化夹层损伤变量与轴向应变的关系。结果表明:①泥化夹层强度普遍表现出随围压增加而增加的规律,破坏应变取为10%,由于泥化夹层自身组成及结构存在差异性,导致个别试样的强度规律不明显;②泥化夹层内部存在薄弱层,加载过程中会出现阶段性的小幅度塌缩,强度曲线上反映为阶段性的应变突增现象;③无围压和一定围压情况下的损伤破坏方式不同,无围压时为脆性破坏,裂缝萌生、开展,一定围压时表现为塑性破坏,泥化夹层被压缩,孔洞裂隙闭合,破坏方式改变临界围压介于0～50kPa;④通过本文方法建立的损伤方程与不同围压下的室内试验结果拟合良好,该方法合理可行。     

饱和混凝土单轴拉伸动态统计损伤本构模型

饱和混凝土中孔隙自由水的存在对材料的力学性能有显著的影响,动态工况中主要表现为自由水的粘性效应,且该效应随细观损伤引起的微裂纹密度的改变而变化。本文结合太沙基"有效应力原理",建立了饱和混凝土考虑动态应变率效应的单轴拉伸统计损伤模型,将材料宏观力学性能同细观损伤机理有机地结合起来,综合考虑了动态条件下惯性效应和自由水粘性效应的影响,认为材料自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观损伤演化过程的改变;水的粘性效应则调整了混凝土基体的受力状态。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测等应变率加载情况下饱和混凝土材料均匀损伤阶段的动态拉伸本构行为,形象地描述了饱和混凝土材料动态损伤演化机制。     

预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特性实验研究

利用全波形声发射技术记录了预应力钢筋混凝土梁在3点弯曲荷载下整个破坏过程的声发射信号,并在研究了声发射累计能量随时间变化关系曲线的基础上,采用谱分析对声发射全波形数据进行了分析和处理。以全波形声发射信号的能量分布特性为依据,通过对时域和频域内信号的振幅、频率特征和构件破坏过程的比较,初步得出了预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射信号的参数特性,发现全波形声发射信号能够实时反映预应力混凝土梁破坏过程中的特征信息。     

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。     

基于HHT的混凝土损伤AE信号分析新方法

介绍了HHT这一非线性、非平稳信号的处理方法。针对混凝土材料损伤所产生的声发射信号复杂的特点,提出了基于HHT的分析混凝土材料中产生的声发射信号的新方法,借此分析了从预应力混凝土梁在三点弯曲载荷下的破坏实验中拾取的实际AE信号,获得了该损伤信号的Hilbert谱。通过与小波分析结果的比较,显示出该方法具有处理精度高、自适应性强的特点,能有效地提取声发射信号中损伤成分的主要特征,为AE信号处理提供了一种新的途径。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

基于矩张量的钢筋混凝土构件损伤声发射检测方法

为了利用声发射技术对钢筋混凝土构件损伤进行定量检测,将矩张量在地震工程学中反演震源机制的理论用于结构的声发射无损检测。阐述了基于矩张量理论的声发射检测技术原理,推导了利用矩张量理论反演裂缝机制(裂缝位置、类型和走向)的定量表达式。通过钢筋混凝土梁的四点弯曲试验,按照基于矩张量的声发射分析方法,明确裂缝机制,并与试验结果比较,探讨矩张量理论用于钢筋混凝土结构无损检测的有效性。结果表明:对于钢筋混凝土受弯构件,基于矩张量的声发射无损检测技术能定量地描述结构的裂缝机制,具有较好的准确性。     

化学及干湿循环作用下泥灰岩损伤劣化特性分析北大核心CSCD

库岸岩质边坡底部受水的化学腐蚀及水位变化形成的干湿循环影响,其强度远低于一般岩体。泥灰岩作为一种强度较差的特殊岩体,更易受到地质、水文等因素的联合破坏。对三峡库区巫山段常见的泥灰岩进行化学溶液浸泡及干湿循环作用,开展单轴压缩试验、直剪试验、电镜扫描试验、数值模拟,并采用PSO-BP神经网络对抗剪强度参数进行预测。研究结果表明:泥灰岩在化学及干湿循环作用后的受力变形经历着裂纹起裂-扩展-延伸-破坏四个阶段,破坏时的裂纹扩展路径呈现多向发展的趋势;岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力在酸性增强及干湿循环次数增加后都有明显下降,这主要与其内部结构、矿物组成有关,干湿循环作用下的热胀冷缩及化学作用下的腐蚀,加剧了泥灰岩内部裂隙扩展、孔隙增大;PSO-BP神经网络能较好地预测泥灰岩抗剪强度参数在不同pH值、不同干湿循环次数下的值,误差较小,可将该方法运用到类似案例分析中。     

平缓反倾红层边坡变形破坏机制研究

以赤水市旺隆边坡为工程实例,依据野外调查和地质分析成果建立平缓反倾红层边坡概念模型,并结合离散元数值模拟研究贵州平缓反倾红层边坡的变形破坏机制。结果表明:旺隆边坡是砂泥岩不等厚互层的典型平缓反倾红层边坡,差异风化和降雨是主要的诱发因素。边坡的变形演化过程经历4个阶段:卸荷回弹、浅表生改造局部变形、裂隙扩展延伸、裂隙贯通深部蠕滑。变形破坏机制根据不同变形阶段划分为3种不同形式:压缩—拉裂—倾倒、风化剥落—坠落、蠕滑—压致拉裂。