混凝土类材料破坏过程的声发射试验与理论研究

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混凝土、岩石类材料是由颗粒组成的一类脆性材料,它们具有相近的力学性质。混凝土是土木工程如桥梁、建筑结构等地表结构的主要建筑材料;岩石是高边坡、隧道、地下工程的主要建材。其应用范围之广及对结构的安全性之重要是众所周知的。声发射技术是一种重要的实时、动态的无损检测方法,将其应用到混凝土岩石材料结构的安全检测中具有重要的现实意义。 由于声发射技术的应用缺少理论依据,迄今尚未建立起完善的力学参数与声发射参数间的关系,这直接影响了声发射技术在实际监测预报中的应用。因此,本文以混凝土和岩石材料为研究对象,从室内试验出发,探讨混凝土类材料单轴受压破坏过程中的声发射特性;同时应用灰色模型对混凝土及岩石材料破裂过程中的声发射数进行预测。具体的研究内容如下: (1)首先进行了混凝土、钢纤维混凝土及岩石的单轴抗压试验和声发射试验研究,详细分析了试验得到的典型应力-时间-声发射数及应力-时间-声发射事件率曲线,揭示了混凝土类材料临近破坏时的声发射的一些前兆特性。 (2)其次根据声发射速率过程理论,引入了Ohtsu与Dai提出的经验公式,将其应用到分析声发射事件数与应力之间的关系,并且得到了相应的参数,验证了其适用性和有效性;提出了声发射概率密度函数的概念,并且将其应用到混凝土类材料的损伤评估,得到了一些具有指导意义的结论。 (3)通过分析Dai提出的经验公式,在此基础上在国内首次定义了新的损伤变量,同时分析了该损伤变量和声发射数之间的关系,并且得到了相应的关系式,为利用声发射技术定量的评价混凝土类材料的损伤提供了理论依据。 (4)基于典型的时间-应力曲线与时间-声发射曲线,根据本试验得到的结果,尝试着用一种新的研究方法来探索力学参数与声发射参数之间的关系,为进一步的研究提供了参考。 (5)运用灰色GM(1,1)模型建立混凝土破坏过程中的声发射时间序列预测模型,并对模型进行了折减修正。经计算折减修正后的模型预测值能够很好的和实测信吻合,此方法为进一步的利用声发射技术建立预报理论打下基础。
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