一种砂岩相似材料的声发射性能研究.pdf
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1、以云冈地区砂岩为模拟对象,采用水泥、中砂、铁粉、水、减水剂按照一定的比例制作类岩石相似材料,利用 压力机和 声发射仪对类岩石进行单轴压缩实验,研究其声发射性能。结果表明:通过参数 值判断相似材料为剪切张拉破坏,利用傅里叶变换研究破坏过程的峰值频率主要为 和 ,大于 信号在破坏阶段居多。借助定位系统,类岩石定位点在塑性阶段占比为,此阶段破坏最剧烈,定位点在两侧面投影验证了其破坏主要为张拉破坏模式。声发射各个参数相互结合、相互补充、相互验证,为相似材料的研究提供了参考依据。关键词:类岩石;声发射;峰值频率;定位系统中图分类号:犜 犝 文献标识码:犃 引言近年来,由于材料丰富、成本低廉、工艺先进,相
2、似材料的研究被广泛普及,可以解决由于实际环境岩体不可开采等问题相似材料主要是利用水泥、砂子、铁粉、橡胶粉、减水剂、水等按照一定比例混合,在基本满足相似原理的条件下,使人工材料的物理力学性能指标和天然岩石性能指标相似杜时贵在相似材料中掺入硅粉模拟剪切结构面的物理力学性能,模拟结构面的磨损程度、粗糙系数、破坏形式均与原岩结构相似张宁在相似材料中掺入橡胶粉,改性相似材料的表观密度耿晓阳利用高精铁粉来提高相似材料的密度,得出粘聚力的变化与骨料及掺水量的变化有关申艳军采用正交实验详细分析了骨料、胶凝材料、水灰比对相似材料强度、导热系数的影响胡萌为了确定红砂岩相似材料的配合比,采用四因素三水平正交方案,确
3、定了各种掺和料对相似材料的影响声发射()是指材料局部因能量的快速释放,产生并发出瞬态弹性波的现象对声发射现象进行分析,可以得到众多内部破坏过程的信息李庶林基于声发射对砂岩进行了单轴压缩实验,得到了全过程的力学特征与声发射特征周逸飞通过 值对灰岩的破坏模式进行了分析,为预测灰岩破坏提供了参考依据徐腾飞基于声发射对砂岩进行单轴加载,获得了整个过程的定位事件图,详细研究了砂岩各个阶段破坏情况模拟试验要求模型材料据有与模拟岩性相似的力学及变形特征,还要求模型的几何特征、物理常数相似相似材料还要满足以下条件:成本低廉,制作方便,凝固前有较好的和易性,凝固后收缩性低表面易粘贴测试原件,后期便于施工和修补改
4、变材料的配比,可使材料的力学性能发生改变,以适应相似条件的需要,不易受外界条件影响,无任何对人体有害的物质根据弹性力学方程边界分析法,由平衡、几何、物理及边界条件方程可以分别推出线弹性模型与原型的基本相似判据:犆犆犔犌、犆犆犔犆、犆犆犈犆,犆犆,犆、犆犔、犆、犆、犆、犆犈、犆分别为应力、几何、体积力、应变、位移、弹性模量和泊松比的相似常数第 卷 第期 年月河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报犑 犗 犝 犚 犖 犃 犔犗 犉犎 犈 犅 犈 犐犐 犖 犛 犜 犐 犜 犝 犜 犈犗 犉犃 犚 犆 犎 犐 犜 犈 犆 犜 犝 犚 犈犃 犖 犇犆 犐 犞 犐 犔犈 犖 犌 犐 犖 犈 犈 犚 犐 犖
5、犌犞 狅 犾 犖 狅 犑 狌 狀 试件制备及实验方法 试件制备实验所用水泥为河北金隅生产的 普通硅酸盐水泥,初凝时间大于 ,终凝试件小于 砂子为河北某公司普通河砂,用筛子选出直径 的中砂选用高纯铁粉,导热性能较好选用高效减水剂,减少水的流动性最终水泥、砂子、水、铁粉、减水剂的比例为:搅拌均匀后分批次倒入直径 高 的混凝土电通量塑料试模,放入振动台上震荡三分钟,直至模具内无气泡冒出放入恒温恒湿养护室养护 脱模,脱模后的试件继续放入养护室养护 试验系统本实验采用 加载系统,最大轴向压力可达 ,声发射系统为北京软岛时代有限公司生产的 系列全信息声发射信号分析仪,如图所示图压力机与声发射仪声发射传感器
6、为 ,具体声发射参数见表表声发射参数传感器类型门槛 前放增益 采样率 类砂岩与云冈砂岩应力应变曲线对比,如图所示图中可以看出二者均经历了压密阶段、弹性变形阶段、塑性阶段及破坏阶段两种试件的峰值强度分别为 和 ,偏差系数为 ;弹性模量取直线或近似直线部分,分别为 和 ,偏差系数为 从以上分析得知,两类试件的力学行为及参数相差不大,据有较高的一致性预制岩样在实验方面据有可行性,可用预制岩样代替云冈砂岩进行实验研究 声发射性能研究类岩石应力与振铃计数随时间的对应关系如图所示第期周新宇徐永峰冯美生 等一种砂岩相似材料的声发射性能研究图类砂岩云冈砂岩应力应变曲线图类岩石应力与振铃计数关系曲线由图可知,随
7、着应力的提升,振铃计数持续升高压密阶段,内部裂隙及孔洞较少,类岩石端部与加载板之间摩擦产生声发射事件,振铃计数数量级较小弹性阶段,由于微裂隙及孔洞闭合,振铃计数在小范围内逐渐上升,说明类岩石在此阶段内开始发生破坏塑性阶段,由于微裂隙的继续发育及新生裂隙的出现,振铃计数开始大幅度提高,此阶段类岩石材料内部开始产生不可恢复的塑性变形破坏阶段,振铃计数数量级达到最大值,新老裂隙交错融合形成宏观裂缝,类岩石材料发生脆性破坏,失去承载力破坏后的振铃计数急剧下降,但仍维持在较高水平说明类岩石在破坏阶段,较小的压力就可以产生较大的破坏振铃计数的变化较好的反映了岩石内部破坏的剧烈程度 分析完整类岩石在单轴压缩
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