红砂岩变形演化及声发射主频特征实验研究

以声发射系统和数字散斑相关方法作为实验观测手段,开展红砂岩试件变形场演化及声发射主频特征实验研究。通过单轴加载方式,对一种红砂岩试件加载全过程中的变形场演化、声发射主频信息进行分析,研究红砂岩试件变形场演化与声发射主频分布范围、事件率对应关系以及声发射主频的能量特征。研究结果表明:低主频声发射事件在变形局部化启动时刻开始出现且数量不断增加,随着变形局部化带错动速率增大,声发射主频分布范围显著增加;在红砂岩试件变形局部化阶段,低主频声发射事件率与高主频声发射事件率的量值接近,但量值较小;在应力峰值点处,低主频声发射事件率远大于高主频声发射事件率;在界面滑动阶段,高、低主频声发射事件率量值均较大;红砂岩试件变形破坏过程中,高能量声发射事件主要分布在低主频范围内,低能量声发射事件在高、低主频范围内均有分布。     

岩石单轴压缩变形场演化的声发射特征研究

 对单轴压缩条件下一种红砂岩试件变形场演化过程中声发射特征进行研究。以数字散斑相关方法进行试件加载全过程的变形场演化观测,利用声发射系统采集试件加载全过程的声发射信号,对岩石变形演化过程中的变形局部化演化、变形局部化带拉伸以及变形局部化带错动对应的声发射特征进行研究,研究结果表明：(1) 由加载曲线与声发射振铃计数、声发射能量演化对应关系可知,应力突降时声发射振铃计数和声发射能量出现激增,但振铃计数激增和声发射能量激增,应力不一定突降;(2) 加载应力与声发射振铃累计计数在演化趋势上具有较好的对应关系,但声发射振铃累计计数增幅与对应的应力降低量值无关;(3) 声发射峰前“平静期”并不代表岩石变形场演化处于平静阶段,此阶段变形局部化带的宽度、长度以及变形量值在不断增加;(4) 变形局部化带的宽度、长度以及变形量值的演化对声发射振铃计数及声发射能量影响很小,变形局部化带的拉伸速率及变形局部化带的滑动速率变化对声发射振铃计数和声发射能量影响较大,其中变形局部化带滑动影响最大。     

基于DSCM-FEMU的岩石力学参数反演研究

将数字散斑相关方法(DSCM)与有限元模型修正方法(FEMU)相结合,建立了岩石力学参数反演流程。首先,通过数字散斑相关方法,获取实验中岩石试件受载条件下的应变场;其次,利用有限元模拟方法,获取数值模型中的应力场;最后,构建最小二乘目标函数,并且通过不断更新有限元模型中给定的力学参数进行优化计算。当目标函数收敛时,得到与实验结果最匹配的力学参数。研究结果表明:(1)数字散斑相关方法与有限元模型修正法相结合,可以实现材料的力学参数反演;(2)得到以实验应变场、有限元应力场、材料弹性模量和泊松比组成的参数优化目标函数;(3)以三点弯曲实验为例,反演得到花岗岩的弹性模量和泊松比。     

基于变形场时空演化的煤冲击劈裂试验研究

采用霍普金森杆冲击加载装置,通过高速摄影机搭建实验的数据采集系统,以数字散斑相关方法作为实验的观测手段,对巴西圆盘煤试件在冲击载荷作用下的冲击劈裂变形场演化规律及裂隙扩展特征进行实验研究。试验结果表明:1从变形场演化特征分析,加载初期变形场相对均匀,随荷载增加变形局部化特征明显。变形场时空演化总体表现为两个阶段特征:峰前水平方向变形量值变化较快,垂直方向变形量值变化较慢;峰后由于裂隙演化,水平方向变形量值变化缓慢,垂直方向变形量值变化较快;2霍普金森杆加载过程中,在试件两端加载处出现了局部压碎区,加载过程中主裂纹从压碎区域萌生并沿径向加载方向扩展至另一端贯通破坏;3实验测得煤样在冲击载荷作用下峰前应力随应变呈线性增长,弹性模量与静荷载相比有较大提高,由于压碎区域存在,冲击加载实验得到的煤试件拉伸强度与实际相比偏小。     

双轴比例加载条件下岩石的应变局部化分析

采用梯度塑性理论对双轴比例加载条件下岩石变形局部化进行研究.应用应变梯度塑性增量本构关系,推导Mises屈服准则下岩石应变局部化带的带宽及其倾角的解析表达式.通过绘制定值泊松比和定值E/λ条件下的应变局部化带的带宽与倾角随双向荷载比值的变化曲线,分析应变局部化带宽度和倾角的变化范围及极值.结果表明:双轴比例加载条件下泊松比和E/λ对应变局部化带带宽和倾角的扩展作用效果相反,双向荷载比值在一定区间内的提高会促进应变局部化带的发展,区间具体大小与泊松比、E/λ有关.     

混凝土试件单轴压缩变形演化实验研究

同时使用2台CCD相机作为数据采集手段,利用数字散斑相关方法对实验中采集的图像数据进行分析,对单轴压缩条件下混凝土试件变形演化进行实验研究;将分析数据导入MATLAB双向显示程序中,实现了单轴压缩实验中混凝土试件变形破坏变形场的双向显示,分析了混凝土试件受压破坏全过程中双向显示下的变形场演化过程.     

断层冲击地压失稳过程声发射特征实验研究

利用花岗岩双剪滑动模型进行岩石界面滑动实验,以声发射系统作为岩石界面滑动过程信息采集手段,开展断层冲击地压失稳的声发射特征研究。对花岗岩界面滑动过程中声发射振铃计数、声发射能量、声发射主频和声发射事件率进行分析。根据分析结果可知:(1)岩石界面产生滑动时对应的荷载降低量值逐渐增加;岩石界面滑动时刻对应的声发射振铃计数激增,且激增量值呈现逐渐减小的变化趋势;(2)在岩石界面滑动全过程中,岩石界面首次滑动时声发射能量较小,随着加载的进行,岩石界面发生滑动时刻对应声发射能量整体呈现逐渐增大的变化趋势;(3)岩石界面首次滑动后,各主频范围内的声发射事件均减少,在界面滑动时刻的声发射事件减少更为明显;(4)在岩石界面发生滑动前,荷载增长变缓时刻,声发射事件率开始出现下降,此特征可作为断层冲击地压发生的前兆信息。     

不同加载速率下岩石断面细观特征研究

以高速相机和CCD相机搭建数字图像采集系统,利用数字散斑相关方法对数字图像进行分析,开展不同加载速率下岩石断面细观特征研究。对不同加载速率下岩石断裂强度、沿晶断裂特征以及裂隙演化特征进行了分析。从分析结果可知,随着加载速率增加,岩石断裂强度总体呈增加趋势;通过对不同加载速率下沿晶断裂占断面总面积比例的分析可知,随着加载速率增加,沿晶断裂占断面总面积的比例呈先减小后增大的变化趋势;从图像灰度相关性角度分析可知,不同加载速率作用下岩石断裂过程中,裂隙演化特征存在较大差异。