第6期 海波,等:纳米混凝土声发射 Kaiser效应的试验与数值模拟 877 混凝土试件进行循环加卸载试验采用声发射能量 幅值对试验结果进行分析整理试验数据,得到典型 2.2纳米混凝土声发射 Kai ser效应分析 纳米混凝土试件的应力时间-声发射能量率曲线和 应力时间-声发射能量累积曲线,如图1 按照前述试验方法分别对纳米混凝土和普通 2500 2000 1500 1000餐 050100150200250300350 时间/ (a)应力时间声发射能量率曲线 (b)声发射能量累积曲线 图1纳米混凝土试件声发射试验结果 Fig 1 result of AE test of nano-concrete specimen 从图1(a)可以看出,纳米混凝土试件存在明显386MPa,超过了峰值应力的70%,试件进入到非 的Kaer效应在第1次加卸载过程中,有少量声发稳定裂纹发展阶段从图l(a)中可以看出,在未达到 射信号出现,而在卸载过程中,几乎没有声发射信第2次载荷的应力水平之前,几乎没有声发射信号 号的产生这个阶段的信号主要是来自于加载阶段的出现由于混凝土材料存在滞后效应,在第1次、 混凝土材料内部原始微缺陷、裂纹的闭合以及材料 内部颗粒之间错动、滑移和摩擦,即由摩擦型声发第2次加载后原有缺陷与裂隙趋于闭合,颗粒之间 射引起 的摩擦滑动已经调整完毕,所以摩擦型声发射的数 在第2次加载初期,有少量能量较小的声发射量在第3次加载时急剧减少当超过第2次载荷的最 信号出现当载荷超过先前应力的最大水平后,声发大应力水平之后,微裂纹的破裂不断被激活,裂纹 射能量急剧增加,释放出大量高能量的声发射信号 不断扩展、贯通,逐渐形成宏观裂纹,与之相对应 前面已经分析过,摩擦型声发射具有一定的可逆的是再次出现了大量高高能量的声发射信号在这 性,在第1次卸载和重新加载过程中,部分滑移和个阶段,摩擦型声发射受到抑制,破裂型声发射占 摩擦得以恢复因而第2次加载初期这些可逆摩擦据了主导地位,因此Kasr效应记忆的稳定程度和 的滑动就引起了少量声发射信号的出现随着载荷准确性明显提高第4次加载过程中也有类似现象 的进一步增加,达到甚至超过先前载荷的应力水平 图1(b)为整个试验过程中的声发射能量累积曲 时,微缺陷将会被重新激活,出现新生微裂纹,促线可以看出,声发射能量累积曲线呈现阶梯型,这 使新裂纹不断扩展而释放能量,从而使声发射信号进一步证明了Karx数应的本质,当试件所承受的 急剧增加因此,与混凝士 Kaiser效应相对应的是裂载荷应力水平小于先前载荷的最大应力水平时,几 纹的稳定扩展,即破裂型声发射但在此阶段由于受乎没有声发射信号的产生,一旦超过之后,声发射 到摩擦型声发射的影响,Kasr效应记忆的稳定程信号会急剧增加 度和准确度不好 2.3纳米混凝土和普通混凝土 Kaiser效应的对比分析 在第3次加载过程中,试件承受的最大应力值 本文对纳米混凝土试件的声发射试验结果与普第 6 期 王海波，等：纳米混凝土声发射 Kaiser 效应的试验与数值模拟 877 2.2 纳米混凝土声发射 Kaiser 效应分析 按照前述试验方法分别对纳米混凝土和普通 混凝土试件进行循环加卸载试验.采用声发射能量、 幅值对试验结果进行分析.整理试验数据，得到典型 纳米混凝土试件的应力-时间-声发射能量率曲线和 应力-时间-声发射能量累积曲线，如图 1. （a）应力-时间-声发射能量率曲线 （b）声发射能量累积曲线 图 1 纳米混凝土试件声发射试验结果 Fig.1 result of AE test of nano-concrete specimen 从图 1(a)可以看出，纳米混凝土试件存在明显 的 Kaiser 效应.在第 1 次加卸载过程中，有少量声发 射信号出现，而在卸载过程中，几乎没有声发射信 号的产生.这个阶段的信号主要是来自于加载阶段 混凝土材料内部原始微缺陷、裂纹的闭合以及材料 内部颗粒之间错动、滑移和摩擦，即由摩擦型声发 射引起. 在第 2 次加载初期，有少量能量较小的声发射 信号出现.当载荷超过先前应力的最大水平后，声发 射能量急剧增加，释放出大量高能量的声发射信号. 前面已经分析过，摩擦型声发射具有一定的可逆 性，在第 1 次卸载和重新加载过程中，部分滑移和 摩擦得以恢复.因而第 2 次加载初期这些可逆摩擦 的滑动就引起了少量声发射信号的出现.随着载荷 的进一步增加，达到甚至超过先前载荷的应力水平 时，微缺陷将会被重新激活，出现新生微裂纹，促 使新裂纹不断扩展而释放能量，从而使声发射信号 急剧增加.因此，与混凝土 Kaiser 效应相对应的是裂 纹的稳定扩展，即破裂型声发射.但在此阶段由于受 到摩擦型声发射的影响，Kaiser 效应记忆的稳定程 度和准确度不好. 在第 3 次加载过程中，试件承受的最大应力值 38.6 MPa，超过了峰值应力的 70%，试件进入到非 稳定裂纹发展阶段.从图 1(a)中可以看出，在未达到 第 2 次载荷的应力水平之前，几乎没有声发射信号 的出现.由于混凝土材料存在滞后效应，在第 1 次、 第 2 次加载后原有缺陷与裂隙趋于闭合，颗粒之间 的摩擦滑动已经调整完毕，所以摩擦型声发射的数 量在第3次加载时急剧减少.当超过第2次载荷的最 大应力水平之后，微裂纹的破裂不断被激活，裂纹 不断扩展、贯通，逐渐形成宏观裂纹，与之相对应 的是再次出现了大量高高能量的声发射信号.在这 个阶段，摩擦型声发射受到抑制，破裂型声发射占 据了主导地位，因此 Kaiser 效应记忆的稳定程度和 准确性明显提高.第 4 次加载过程中也有类似现象. 图 1(b)为整个试验过程中的声发射能量累积曲 线.可以看出，声发射能量累积曲线呈现阶梯型，这 进一步证明了 Kaiser 效应的本质，当试件所承受的 载荷应力水平小于先前载荷的最大应力水平时，几 乎没有声发射信号的产生，一旦超过之后，声发射 信号会急剧增加. 2.3 纳米混凝土和普通混凝土Kaiser 效应的对比分析 本文对纳米混凝土试件的声发射试验结果与普 100 时间/s 0 50 150 200 250 300 350 声发射能量累积值×10 4 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200 250 300 350 时间/s 应力/MPa 10 20 30 40 50 500 1 000 1 500 2 000 2 500 声发射能量率