水泥乳化沥青砂浆受压破坏声发射特性及其损伤评估研究

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水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)以其韧性好且具有一定的强度等优点被广泛应用于高铁板式无砟轨道结构中,可起到支撑轨道板、减缓轨道板振动等作用,是保证列车安全、平稳运行的关键材料之一。因此,对CA砂浆在使用过程中的损伤演化规律进行研究十分重要。声发射技术作为一种实时动态的无损检测方法,已被应用到普通混凝土等材料力学性能的研究中,因此同样可用于CA砂浆的力学性能与损伤评估。本文通过试验研究和理论分析,对CA砂浆的受压破坏过程进行声发射特性和损伤评估研究,主要研究内容及结论如下:对不同沥灰比、加载速率、初始静态荷载的CA砂浆进行受压破坏试验,同步进行声发射测试。试验和测试结果表明:沥灰比的增大会使CA砂浆的韧性增强,脆性减弱,其抗压强度明显降低,损伤进程放缓,声发射信号累积值增多;加载速率的增大,使得CA砂浆的抗压强度提高,应变率也随之增大,荷载作用时间被缩短,声发射信号累积值减少;初始静态荷载的增大,导致CA砂浆的抗压强度降低,加载时间延长,且声发射信号累积值增多。结合应力-应变曲线与试件在试验过程中的宏观现象,对其破坏过程进行了阶段划分,并通过声发射特征参数经历图与分布图对破坏过程中的声发射信号进行了分析。结果表明:沥灰比增大,能量值和振铃计数较高的声发射事件数增多,且加载后期产生的声发射信号增多;加载速率增大,加载前中期产生的声发射信号相对减少,能量高、振铃计数大的声发射事件数增多;初始静态荷载作用时,声发射信号呈现出“低-高-低”蜿蜒增长的趋势,初始静态荷载越大,声发射信号分布越均匀,增长趋势越接近线性。结合损伤力学的基本理论,建立了损伤变量与声发射特征参数间的关系,并基于声发射特征参数对CA砂浆的损伤过程进行了分析,发现应变水平大于0.363时,其损伤发展迅速;结合声发射速率过程理论,建立了CA砂浆应变水平与声发射累积振铃计数和累积能量的五阶多项式模型,并对试验数据进行拟合,得到了其概率密度函数和损伤模型,通过对所得曲线进行分析,发现损伤因子D大于0.64时,CA砂浆破坏严重;通过对拟合得到的声发射速率参数a分析,提出了基于a值变化规律的CA砂浆受压破坏损伤评估方法,此方法可以在不损害原有结构的基础上,对其安全性进行评估,实现了无损检测的目的。
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