基于声发射参量表征块石胶结充填体损伤破坏机理研究

摘要

声发射、应力、应变参量三者均属材料本构参量，对块石胶结充填体进行稳定性评价时，其受力历史是未知的，很难根据应力应变参量的本构关系来评价，而材料声发射由于具有不可逆性，正好弥补了这一不足。因为加载过程中的微裂纹扩展速率可以利用声发射事件的概率密度表征，本文拟应用学者 Dai和学者Labuz研究脆性材料（混凝土、岩石等）声发射特性时提及的声发射事件累积数N与应力水平σ%间的声发射事件概率密度函数，通过不同骨料配比块石胶结充填体单轴加载声发射试验，获得承载过程不同时刻的声发射累积数，根据计算公式得出声发射事件概率密度，通过声发射事件概率密度与应力水平关系曲线分析，表征单轴载荷下块石胶结充填体不同强度等级（骨料配比不同）力学参数（相对应力水平）与声发射参数（声发射事件概率密度）的关系。综上所述，本文主要研究结论如下：
　　（1）通过分析不同块石含量胶结充填体破坏过程全应力-应变曲线，根据曲线的变化特征可以将充填体试样变形过程划分为压密、弹性变形、屈服变形、破坏以及残余承载五阶段；块石含量的增加在一定程度上减少了垂直于压应力方向的原始微裂隙、孔隙数量，改善了块石胶结充填体初始内部结构。
　　（2）随着块石含量增加，累计声发射事件数快速增长阶段（直线段）出现由压密段向塑性段过渡的明显趋势；由于累计声发射事件数与损伤存在关联，因此，在块石含量的影响下，整个承载过程胶结充填体损伤的主要阶段出现后移趋势；块石含量较低时，整个承载过程中损伤值及其变化规律比较接近纯尾砂胶结充填体，块石含量持续增加，达到45%左右时，中等应力水平以下（应力水平小于50%），损伤值变化不明显，且一直在较低水平波动，说明块石含量增加对尾砂胶结充填体承载前期的损伤具有较好的抑制作用。
　　（3）通过分析大量声发射试验数据得到，块石胶结充填体的破裂模式主要可以分为劈裂破裂模式、条形破裂模式和爆裂破裂模式；这些破裂模式的形成均由块石含量的变化引起；将声发射参数和块石含量建立联系，拟合得出声发射速率参数a，根据其变化趋势可得到三种块石胶结充填体破坏判别模式，即持续减小趋势可判别该试件为劈裂破坏；随时间上下波动无明显上升或下降趋势可判别为条形破坏；小幅波动出现急速上涨可判别为爆裂破坏。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景与研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究内容及技术路线

第二章 单轴荷载下块石胶结充填体声发射特性试验

2.1试验仪器

2.2试验条件及方案

2.3试验结果分析

2.4本章小结

第三章 块石胶结充填体损伤的声发射表征

3.1研究意义

3.2试验设备和方法

3.3不同块石含量充填体声发射累计数特征

3.4不同块石含量胶结充填体损伤特性

3.5本章小结

第四章 块石胶结充填体破裂模式的声发射识别

4.1研究意义

4.2破裂模式识别概述

4.3试验条件及方案

4.4试验结果分析

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1本文结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果

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