不同应力路径对岩石声发射Kaiser效应的影响

为了解在循环加载过程中使用不同应力路径岩石声发射Kaiser效应的特征,采用岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)对三种不同应力路径下岩石试样的声发射特征进行了数值计算.在循环加载中采用不同的应力路径对试样加载,在二次加载过程中仍能观测到清晰的Kaiser效应,但是KF值却与先前的最大应力值有较大差别.研究结果表明,岩石Kaiser记忆的真实内容不是先前所受的最大应力,而是岩石内部的损伤程度.使用从原岩中取样,在实验室做单轴压缩声发射实验观测KF值的方法测得的应力值与真实的原岩应力有较大的差别.这一结论对于进一步认识Kaiser效应的本质和用Kaiser效应准确的测定原岩应力有重要的作用.     

岩石非均匀性和围压对Kaiser效应的影响

为了解采用Kaiser效应测原岩应力过程中的影响因素,应用岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)对岩样进行数值模拟分析。结果表明:利用Kaiser效应测得的原岩应力值比真实值要小;岩石先前所受围压越大,岩石的均匀性越差,利用该方法测得的Felicity比值越小,Kaiser效应点应力值与真实值相差越大;对于均匀性极差的试样,Felicity比值曲线在首次加载施加围压后出现明显的拐点;随着岩石均质度的提高,先前所受围压对于Kaiser效应的影响逐渐降低。Kaiser效应的本质是对岩石内部损伤的记忆而不是对先前所受最大应力的记忆,要想得到准确的原岩应力,必须根据岩石的损伤本构关系对单轴加载得到的Kaiser效应点应力值进行修正。     

基于声发射参数的混凝土循环加卸载动态损伤破坏特性研究

对5种不同几何尺寸与不同配合比的混凝土试件进行了不同加载速率下的单轴压缩试验,同步进行了声发射(AE)数据的采集;在对比分析AE参数与应力应变关系的基础上,进行了不同加载速率下的混凝土损伤机理与破坏机制研究;通过分析不同加载速率下的应力应变全曲线,研究了循环加卸载中的损伤破坏特性的速率效应;构建了基于AE参数的损伤变量模型,并基于该模型进行了动态损伤特性分析.结果表明:混凝土的峰值应力与弹性模量随加载速率的提高而增大,表现出明显的规律性;但峰值应变随加载速率的变化而表现出较大的离散性.峰值应力前的AE能量随加载速率的提高而增加;加载速率越大,上升幅度越大,峰前释放的能量越大,混凝土内部破坏越严重,残余能量不足以维持试件继续承受更多的循环加卸载而直接进入破坏阶段;峰后可完成的循环加卸载次数随着加载速率的提高而减少.在不同加载速率下材料损伤破坏的路径不同,但损伤起点与破坏终点是重合的;随加载速度提高,损伤破坏的路径变短,加载速率差异越大,损伤破坏路径差异越大;混凝土在不同应力阶段的损伤程度及破坏形态与加载速率有较强的相关性.加载速率的提高改变了混凝土的能量释放过程与方式,形成了不同的损伤破坏机制,在不同加载速率下的损伤破坏机理存在较大差异.     

永川煤矿T3xj4砂岩声发射特性及Felicity效应研究

在单轴和循环加载条件下对永川煤矿砂岩损伤破坏全过程的声发射特性进行了系统研究,结果表明:砂岩声发射类型与MOGI-I相似,应力应变全过程曲线对应的Kaiser点、屈服点及峰值点处声发射信号明显;随着循环加载水平的增加,不同轴向应力和轴向应变阶段对应的Felicity效应比值越来越小,反映了岩石损伤程度的增加。     

层理黄砂岩三轴循环加卸载力学特性模拟研究

层理黄砂岩为隧道工程建设中常见的一种岩石，隧道开挖及后期运行导致围岩长期处于循环荷载作用下.为了探究层理黄砂岩循环加卸载损伤破裂特征，借助PFC^2D开展了不同围压不同倾角层理黄砂岩常规三轴循环加卸载研究，分析了应力-应变曲线及损伤破裂过程，得到1组可以反映层理黄砂岩常规三轴压缩力学特征的细观参数，数值试样强度及破裂特征与室内试验结果吻合较好.数值模拟循环加卸载应力-应变曲线可以一定程度上反映力学行为，同时循环加卸载曲线和单调加载曲线变化形态吻合较好.不同倾角层理砂岩循环荷载下试样破裂特征不同，当α=0°时试样发生贯穿基质的剪切破坏，循环荷载与单调加载破裂特征相似.而当α=60°时，层理发生剪切破坏，并伴随层理两侧基质的破坏，循环荷载相对于单调加载裂纹宽度有所增加.     

初始损伤对脆性岩石抗压力学性质的影响

基于现有各向同性损伤本构理论,提出岩石初始损伤定义及其计算方法。初始损伤表示为加载前的损伤岩石弹性模量相对无损岩石弹性模量的劣化程度。对不同初始损伤的玄武岩试样进行单轴抗压试验,定量分析初始损伤对玄武岩的应力与应变关系、强度、破坏应变、初始泊松比和应变软化性质等的影响,给出单轴抗压强度、初始泊松比等力学参数随初始损伤变量变化的规律及拟合公式。研究结果表明:只有当岩石初始损伤超过损伤门槛值即无损岩石破坏时对应的损伤值时,岩石抗压强度随初始损伤增大而显著减小;与峰值应力对应的应变随初始损伤增大而近似呈线性增大趋势;岩石初始泊松比随初始损伤增大近似呈指数增大;初始损伤越小,应力峰值后的岩石破坏越显脆性。     

循环应力对储气库岩石微观结构及力学性质影响数值模拟

针对储气库循环注采过程中循环应力对储气库岩石产生疲劳损伤的问题。利用颗粒离散元法建立岩心真三轴数值模型,根据岩心室内试验标定数值模型参数,然后对数值模型进行多周期等幅值轴向循环应力加载,研究循环应力对储气库岩石微观结构及力学性质的影响。结果表明:循环应力加载过程中,模型内生成的无黏结接触数量和微裂缝数量逐渐增多,而生成位置受原始裂缝控制明显,模型孔隙度逐渐减小,且模型内无黏结接触数量、微裂缝数量和孔隙度的变化速率均呈递减趋势;相同应力水平下模型侧向应变和轴向应变均增大,但侧向应变占主导地位;模型弹性模量逐渐降低,而模型泊松比和损伤量逐渐增加,且模型弹性模量、泊松比和损伤量的变化速率均呈递减趋势。     

循环加卸载下饱和岩石变形破坏的损伤与能量分析

以中关铁矿深部饱水闪长岩单轴循环加卸载的室内力学试验结果为基础,结合线弹性损伤力学理论,针对饱和岩石在单轴循环加卸载作用下的变形、损伤及能耗特性进行了研究.结果表明:每一级加载与卸载过程的应力-应变曲线均呈内凹形,随着循环次数及应力水平的增加,塑性滞回曲线向应变增大的方向移动,且应变中不可恢复的变形逐渐减小;轴向应变、横向应变和体应变的绝对损伤参数与累积损伤参数均随循环次数及应力水平的增大而增大,且三者的变化趋势基本一致;能量耗散值与循环的次数近似呈线性关系,后一循环的能耗不等于前几次循环能耗之和.     

声发射能量累积与煤岩损伤演化关系初探

为了寻求煤及岩石在受载破坏过程中能量积累与应力应变之间的关系,分别对煤矿的煤和泥岩进行了单轴加载及声发射试验,得到了煤岩试样单轴加载试验过程中声发射能量累积、应力与应变之间的关系曲线。利用损伤力学基本原理和热力学定律,理论推导了煤岩损伤演化方程,进而得到损伤与声发射能量累积关系曲线,通过拟合损伤与声发射能量累积关系曲线初步推导得到了声发射能量累积与应力应变的理论关系,并通过试验结果验证了能量累积与应力应变关系。     

Abdel-Karim-Ohno模型改进及Z2CDN18.12N不锈钢棘轮效应预测

为更好地描述Z2CDN18.12N奥氏体不锈钢的单轴棘轮行为，在统一黏塑性循环本构理论框架下，改进了Abdel-Karim-Ohno模型.将塑性应变记忆面引进各向硬化率中，之后进行模型参数确定，进而用Abdel-Karim-Ohno模型和改进Abdel-Karim-Ohno模型对Z2CDN18.12N奥氏体不锈钢在室温下的单轴棘轮效应进行研究.利用两种模型分别研究了平均应力、应力幅值、应力率及加载历史等对Z2CDN18.12N奥氏体不锈钢单轴棘轮行为的影响.结果表明：在恒定的加载率条件下，单轴棘轮应变水平随平均应力和应力幅值的增大而提高；随应力率的增大而降低，而且对较低的应力率更为敏感；单轴棘轮行为受加载历史影响显著.通过对比两种模型对材料的单轴棘轮行为的预测结果与试验数据，证明了本文改进模型的有效性.     

具有弱冲击倾向性的须六段砂岩声发射特征

为了认识具有弱冲击倾向性砂岩的声发射特性,利用MTS815岩石力学测试系统、AE测试分析系统对永川煤矿须六段砂岩进行了测试。结果表明:砂岩受载过程的不同阶段产生的AE信号有较大区别;AE事件空间分布的变化反映了岩石受损伤后的破裂失稳过程;须六段砂岩存在Kaiser效应和Felicity效应。研究结论为应用AE监测技术预测、预报矿井岩石动力灾害提供了科学依据。     

含层理灰岩巴西劈裂强度及拉裂损伤各向异性

为了研究不同角度层理对灰岩抗拉力学特性的影响,对7组不同角度层理灰岩进行巴西劈裂试验,根据岩石声发射累计振铃次数定义拉裂损伤变量,推导抗拉强度、劈裂模量及损伤变量随层理角度的变化规律。研究结果表明,(1)不同层理角度的灰岩,其受力变形过程基本一致,即经历压密、弹性和破坏3个阶段。(2)抗拉强度、拉伸模量随层理角度变化表现出明显的各向异性,在0°时最大,90°时最小。(3)基于岩体微元强符合Weibull分布及Lemaitre应变等效原理,通过拟合计算得到的损伤参数可以较好地反映7个角度灰岩样的损伤特性,损伤变量也具有各向异性特点,说明不同倾角的岩石参数在加载过程中有不同的劣化程度,同一应变水平下的损伤变量随着层理角度的增加出现下降的趋势。研究结果对于层状灰岩的试验研究、理论计算和工程建设具有一定的指导意义。     

自愈合混凝土损伤演化声发射监测及其评价技术

自愈合混凝土能较大程度地提高混凝土的极限承载力.针对自愈合混凝土损伤缺乏有效研究手段的现状,提出用声发射技术来监测它的损伤演化.通过自愈合混凝土梁三点弯曲试验,对它的损伤全过程进行了声发射监测.通过声发射计数能够准确地判断自愈合混凝土裂纹的开裂、扩展及其损伤演化过程,它的包络曲线和荷载曲线具有良好的对应关系.运用凯塞(Kaiser)效应和费利西蒂(Felicity)比能正确判断愈合的优劣情况.最后,对自愈合混凝土损伤演化的各个阶段声发射波形进行小波分析,通过小波奇异检测技术提取出各自的特征波形,并分析其频率分布范围,进一步分析了损伤的内在成因,为自愈合混凝土损伤类型提供了一种新的判据和测试方法.     

循环载荷作用时不同实验条件下砂岩的声发射特征实验研究

通过循环载荷作用时不同位移速率、不同上限应力、不同下限应力以及不同水饱和度等实验条件下砂岩的声发射特性实验研究,探讨了循环载荷作用时不同实验条件下岩石的破坏损伤演化规律。研究结果表明,上限应力、下限应力、水饱和度等对岩石在承载过程中所发生的声发射事件数均有不同程度的影响,但位移速率对岩石在承载过程中所发生的声发射事件数的影响似乎不大。     

Simulation experiment of AE-based localization damage and deformation characteristic on covering rock in mined-out area

The localization damage and deformation characteristics of multiple rock in mined-out area under thick soil layer were investigated by acoustic emission (AE)-based physical similar simulation experiment and damage test combined with the AE theory on rock damage. During different mining courses, the degree of wall rock suffered from mining disturbed process in mined-out area was different, so did the AE density of initial damage and fracture. Some characteristic parameters, including large events, total events, and energy rate, presented fluctuations with temporal and spatial change and take on a certain extent statistic relation. Subsequently, the percent of damage degree was defined and divided into 4 stages, and the localization damage and deformation characteristics of surrounding rock in mined-out area and coal pillars were analyzed quantitatively.     

动态应变时效的应力状态依赖性:热硬化和蓝脆

This study aims to discover the stress-state dependence of the dynamic strain aging (DSA) effect on the deformation and fracture behavior of high-strength dual-phase (DP) steel at different deformation temperatures (25–400°C) and reveal the damage mechanisms under these various configurations. To achieve different stress states, predesigned specimens with different geometric features were used. Scanning electron microscopy was applied to analyze the fracture modes (e.g., dimple or shear mode) and underlying damage mechanism of the investigated material. DSA is present in this DP steel, showing the Portevin–Le Chatelier (PLC) effect with serrated flow behavior, thermal hardening, and blue brittleness phenomena. Results show that the stress state contributes distinctly to the DSA effect in terms of the magnitude of thermal hardening and the pattern of blue brittleness. Either low stress triaxiality or Lode angle parameter promotes DSA-induced blue brittleness. Accordingly, the damage mechanisms also show dependence on the stress states in conjunction with the DSA effect.     

运用声发射技术研究橡胶混凝土疲劳损伤过程

借助声发射技术对水泥混凝土及橡胶水泥混凝土的疲劳过程进行实时监测,通过声发射信号的强度和活度等相关参数分析疲劳损伤过程.实验结果表明:疲劳循环加载过程中,0.6,0.7,0.8应力水平下水泥混凝土中声发射信号的撞击总数随时间变化均呈现近似线性增长趋势,幅度随时间变化分布密集,声发射信号连续发生,表明水泥混凝土的疲劳损伤过程是一个持续的损伤累计增长的过程;橡胶混凝土声发射信号的撞击总数随时间变化曲线分为中间阶段曲线平缓、幅度随时间变化分布松散3个阶段,疲劳损伤全过程呈现典型的裂纹引发、稳定扩展和失稳扩展3个阶段.由于在疲劳循环加载过程中橡胶的能量耗散特性以及良好的吸声性能,橡胶混凝土中声发射信号发生的强度和活度普遍低于同应力水平下的普通水泥混凝土,损伤演化速度缓慢,损伤程度降低,因此具有优异的疲劳性能.     

构造应力复杂顶板变形演化特征

采用平面物理模拟实验,运用数字化声发射( Acoustic Emission,AE)技术对构造应力复杂煤层顶板在开采扰动中的局部损伤、变形及破裂过程进行了实时监测分析,对微裂隙结构及其与之对应的声发射动态参数进行了深入研究定量揭示了工作面不同开采技术条件下构造复杂顶板覆岩介质局部化损伤-破裂-失稳规律,为类似地质环境下工作面开采过程中矿山压力预警与围岩动力灾害控制提供有益借鉴