循環(huán)加卸條件下充填體損傷與聲發(fā)射特性研究.pdf

1、為研究充填體損傷與聲發(fā)射特性,對(duì)灰砂比為1:4的膠結(jié)充填體進(jìn)行了單軸循環(huán)加卸試驗(yàn),分析了充填體力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律;根據(jù)能量原理,計(jì)算并分析得到了充填體在加、卸載過(guò)程中彈性能、耗散能特征;提出了單軸循環(huán)加卸條件下充填體損傷變量的表達(dá)式,得到了損傷體損傷演化方程與損傷閥值;通過(guò)對(duì)聲發(fā)射參數(shù)的b值和關(guān)聯(lián)分形維數(shù)D2值的計(jì)算分析,研究了充填體在單軸循環(huán)加卸載過(guò)程中的聲發(fā)射特征,以及損傷閥值和聲發(fā)射特征點(diǎn)的聲發(fā)射特征,分析得到了不同應(yīng)力下微裂紋、微

2、裂隙的演化行為;最后,研究了充填體在不同損傷狀態(tài)下的聲發(fā)射b值和關(guān)聯(lián)分形維數(shù)D2,建立了損傷能量釋放率與聲發(fā)射能的關(guān)系,提出了充填體損傷破壞判據(jù)。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)充填體總應(yīng)變、彈性應(yīng)變以所對(duì)應(yīng)的能量隨循環(huán)次的增加而增大,但在第二循環(huán)中塑性應(yīng)變、塑性能小于第一次循環(huán)與第三次循環(huán)。
　　(2)在循環(huán)加卸載過(guò)程中,充填體的力學(xué)性能并不隨加載次數(shù)的增多而降低,每次卸載后充填體的彈性都會(huì)增加。
　　(3)充填體所耗

3、散的能量總體經(jīng)歷了四個(gè)過(guò)程:用于微裂隙、微孔洞的壓密→用于新自由表的形成→部分用于非線型機(jī)制→全部用于非線性機(jī)制。
　　(4)充填體損傷演化方程能較好的反映充填體損傷行為,方程中損傷能量釋放率與聲發(fā)射能呈線性關(guān)系。充填體損傷閥值約為峰值應(yīng)力的0.2倍,其值大于處在聲發(fā)射b值、關(guān)聯(lián)分形維數(shù)D2下降區(qū)的特征點(diǎn),其所對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射b值處于第一次加載過(guò)程中聲發(fā)射b值的“低谷”期。
　　(5)在加載過(guò)程中聲發(fā)射b值后經(jīng)歷了四個(gè)過(guò)程:“低

4、谷”期→“振蕩”期→漸進(jìn)“增長(zhǎng)”期→突然“下降”期;與此對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射參數(shù)的關(guān)聯(lián)分形維數(shù)表現(xiàn)為:高數(shù)值水平期→數(shù)值穩(wěn)定期→數(shù)值波動(dòng)期→下降期。
　　(6)在卸載階段,聲發(fā)射b值存在一個(gè)“拐點(diǎn)”,當(dāng)卸載應(yīng)力大于“拐點(diǎn)”所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力時(shí),聲發(fā)射b值的變化規(guī)律與前一加載過(guò)程相應(yīng)區(qū)域的聲發(fā)射b值相似,并且卸載階段的聲發(fā)射關(guān)聯(lián)分形維數(shù)D2普遍大于加載階段的聲發(fā)射關(guān)聯(lián)分形維數(shù)D2。
　　(7)在損傷變量D“線性”增長(zhǎng)區(qū),聲發(fā)射b值的變化幅度

5、較大;損傷變量D進(jìn)行非線性增長(zhǎng)區(qū)初期時(shí),聲發(fā)射b值都存在一個(gè)下降區(qū)。相應(yīng)的聲發(fā)射關(guān)聯(lián)分形維數(shù)D2則由穩(wěn)步上升并最后穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)較高的水平。
　　(8)聲發(fā)射b值和聲發(fā)射關(guān)聯(lián)分形維數(shù)D2都同時(shí)下降,可作為充填即將損傷破壞的判據(jù)。
　　(9)在低應(yīng)力水平時(shí),充填體微裂紋、微裂隙的演化存在隨機(jī)性與不確定性;在中等應(yīng)力水平時(shí),微裂紋、微裂隙偶爾會(huì)發(fā)生幾次激烈的擴(kuò)展;隨著應(yīng)力水平的繼續(xù)增大,充填體介質(zhì)處于大尺度的破壞之中,微裂紋、微