基于声发射技术的散粒体大直剪试验研究

作     者：陈琦枫 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄艺丹

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：大直剪 声发射 散粒体 临界点 SOC 

摘      要：在土木工程领域,砂土、砾石等散粒体材料由于分布广泛,容易采集,在工程中有广泛的应用,因此开展散粒体材料的研究具有十分重要的实际意义。目前对散粒体材料的研究更多是对其宏观力学特性的研究,对材料内部研究较少,对于一个散体结构,从宏观上看,它是一个整体,但从微观上看,其内部的颗粒又相互独立,只有对其内部的微观结构有更深入的了解,才能更好地了解散粒体材料的本质。本文在大直剪试验常规测量手段的基础上,增加了声发射技术的监测手段;采用分形维数作为散粒体组构特征的描述指标,开展了一系列不同分维数散粒体的大直剪-声发射试验,研究了不同分形维数散粒体的力学特性,散粒体剪切破坏过程中的声发射特性,散粒体内部的SOC行为,得到的主要结论如下:1)通过分形维数作为颗粒组构特征进行力学特性分析,对试样的常规力学参数进行测定,验证了大直剪设备的可靠性;对剪切位移曲线进行分析表明,相同分形维数下,抗剪强度随着垂直荷载的增加而增加,相同垂直荷载下,分形维数D=2.52的各项力学指标最好;以体应变为0确定了剪切位移曲线达到残余强度的临界点C。2)结合剪切位移曲线,声发射活性在剪切位移曲线到达临界点C附近时会明显的降低,且该现象出现在临界点之前;以100Khz作为区分颗粒之间能量释放类型的标准,非均匀砂在剪切过程中的能量释放主要来自于颗粒间的破碎,而颗粒间的滑动释放能量主要集中在剪切的初期,均匀砂在剪切过程中的能量释放几乎都来自于颗粒间的滑动;这表明,相较于传统力学方法,声发射试验可以监测临界点C的出现,通过声发射手段可以对试样内部的颗粒状态进行分析,体现了声发射监测手段相较于常规力学手段的优越性。3)基于沙堆模型的SOC研究大多对外部落沙量的测定来判定系统的自组织临界特性,本试验通过声发射手段对沙堆模型内部的扰动进行了SOC的特性的研究,增加了散粒体SOC研究的物理试验手段。通过对本试验的分析表明:非均匀砂系统的幂律特性和长程相关性都较强,呈现较强的自组织临界特性;但均匀砂系统不服从幂律分布,且从长程相关性上看,更接近无序的白噪声序列,说明均匀砂并不呈现这一特性。