单轴压缩混凝土材料破裂损伤过程的声发射参数量化研究

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混凝土是由粗骨料、细骨料和水泥浆等组成的脆性材料,先天带有微裂隙(裂纹)等缺陷以及不均质性等特点。而混凝土材料破坏机理及损伤评估的研究一直是土木工程学科中重要的研究方向之一。   声发射是材料或结构在外力或内力作用下,在产生变形或损伤的同时,以弹性波的形式释放出部分应变能的一种自然现象。粒状脆性材料在受载过程中伴生着声发射现象,而且在不同的受力条件下,会表现出不同的声发射特征。由于一次声发射代表材料的一次微损伤,因此,同应力、应变参量一样,声发射参量(声发射事件数、能量等)也可以用来表征材料的破裂程度。   本文以混凝土材料为研究对象,从室内试验出发,利用连续损伤理论分析混凝土材料破坏的损伤机理,并结合声发射技术对混凝土材料损伤演化过程进行跟踪和分析,探讨声发射参数与损伤变量的定量关系。本文基于Dai和Labuz提出的应力水平V与声发射事件累积数N之间的关系式,探讨声发射概率密度的表达式及声发射参数N和损伤变量D的关系表达式;并基于损伤力学的观点,推导出应力、应变参量与声发射数参量的损伤本构耦合模型,为利用声发射技术定量的评价混凝土材料的损伤提供了理论依据。最后在损伤力学和声发射速率过程理论的基础上建立了在单轴受压状态下混凝土材料的声发射特征参数与损伤演化关系的方程,评价了混凝土试样的受力历史及损伤状态,从而实现运用测量得到的声发射特征参数最终量化评估混凝土的损伤大小。
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