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试验中的多期Kaiser效应现象

更新时间:2009-03-28

地应力的作用会引起公路、基坑开挖、各种水利工程的变形和破坏。因此,对地应力的准确测定能够保障各种岩土工程的顺利进行。研究表明,要想对地应力的状态有更深入、准确地了解,必须对地应力进行测量,使用声发射技术用岩体的Kaiser 效应测量地应力的方法具有技术难度小、准确和成本低等特点。

压穴头结构示意图如图6所示。压穴时要求完全进入穴盘中,根据穴盘规格确定压穴头尺寸。该设计对象的穴盘规格为72目(6×12),可确定压穴头最大直径a为φ28mm,压穴头深度b为23mm。

文献[1]通过研究白云质灰岩的声发射特性中提出试样在加载时期不同声发射强度差别明显,前期小后期活跃。文献[2]认为时间对岩石应力记忆有影响,随着加载间隔的增加,Kaiser效应逐渐衰退。文献[3-4]总结出两种不同方式的AE事件,并认为循环加载更容易辨别出Kaiser效应点。文献[5-6]认为只有预加载的应力达到岩石最大强度的30%~80%之间才能准确的观测到Kaiser效应。本文在前人的研究基础上,优化试验排除噪声对试验的干扰,再通过Kaiser效应测定岩体地应力中研究试验现象。

1.大力发展冰雪装备制造业,谋求产业领域突破。吉林省冰雪装备制造业加工生产能力较弱,应积极引进国外先进技术,研发制造冰雪设施装备,打造核心品牌。2016年,投资达百亿的高端冰雪运动装备制造项目落户长春新区空港经济开发区,应以其为中心,将长春打造为高端冰雪体育装备制造基地。依靠吉林省碳纤维产业基地的资源和技术优势,推动企业研发冬季运动系列产品,努力实现冰雪装备制造国产化突破。政府要鼓励优秀冰雪运动员等自主创办冰雪器材品牌,发展冰雪休闲运动用品产业。

1 声发射现象

当承受荷载的材料受到外力荷载、内力作用产生变形、断裂或潜在的缺陷在外部条件作用下而改变内部结构时,其局部区域应力集中,并以瞬态弹性波的方式快速释放出应变能现象称为声发射(Acoustic Emission, 简称AE)。

考虑逆变器的平均行为,因此只需研究LC滤波器上的平均作用,而不研究开关行为本身[4]。因此定义两个控制信号为:

应力作用下固体材料的变形与裂纹扩张,是导致结构失效的主要原因。而声发射源就是指导致材料产生变形或断裂相关的源。材料的声发射源主要有:材料塑形变形和位错运动;裂纹的形成与扩展。声发射的发生则需要同时满足受外载作用和材料的内部结构发生变化两个条件。声发射技术能够有效的监测、预报边坡失稳。特别是用护堤的声发射和位移有良好的对应关系,据声发射的活动和位移的变化趋向来监测护堤的稳定性。

2 Kaiser效应

Kaiser作博士论文时期所作的研究被认为是现代声发射的开端。他是第一个对固体材料的声发射特征进行系统分析的人,他于20世纪50年代观察到部分金属在变形时都伴随有声发射现象,并发现了声发射的不可逆效应。在研究工作中,Kaiser发现金属材料在被拉伸的过程中,应力小于曾经所受到过的最大应力时,并不产生声发射,声发射的活动性明显加强时,往往是应力超出了曾经所受的最大应力。在塑性变形不可逆的特点下,材料塑性形变所产生的声发射也是不可逆的。材料在当前载荷下超过前次最大载荷才发生声发射,这被称为声发射的不可逆效应。声发射的不可逆效应表明,金属在受力情况下的声发射活动有应力的记忆性,这就可以通过声发射测出其曾经所受的最大应力,这即是声发射的Kaiser效应[4]

20世纪60年代,Goodman进行研究试验验证了岩石也具有Kaiser效应,从而开辟了应用声发射的Kaiser效应技术测定岩体的自然应力的先河。这种技测所出的岩石的三向应力分布结果十分可靠。70年代以来,中、美、日学者对此问题展开了广泛的理论及试验研究,先后解决了研究时的杂声干扰排除、三维地应力测量等困扰已久的难题,让Kaiser效应在地应力测量领域中具有广泛的适用性。日本学者古川澄夫在80年代初用其测出了日本真鹤半岛的地壳应力。此种方法对比地应力的现场实测简单且容易操作,其成本仅为现场实测的六分之一,故在岩石力学和工程地质领域内具有很好的发展空间。特别是在80年代未和90年代初,声发射技术在计算机的飞速革新和信号处理技术的迅猛发展的背景下步入快速发展的新时代。

盖地(2008)指出:增值税作为企业上缴国家的最主要的税种,在现行利润表中了无痕迹,而以其为计税依据计算附加税却在利润表中列示,不具合理性,也不符合税负转嫁理论和商品价值论,现行的增值税会计处理方法影响财务报表质量。[3]

3 试验中的多期Kaiser效应

3.1 试验准备及步骤

试验中所需的岩样均取自某岸坡地应力测点。将取得的岩芯先用切片机按需要的试样的规格切成规则试样,然后用磨石机将之表面磨平整,完成试样的制作。

国际所公认的实验室岩石标准试件是高为10 cm,径长为5 cm的圆柱体(试件边长偏差≤±0.3 mm,径长和高度偏差≤±0.3 mm;打磨后的平整度偏差≤±0.05 mm;轴线偏差≤±0.25°)。对于依据实际情况不采用标准试样的试件仍需要满足高径比为2∶1。本文试验所用的岩石试件采用国际公认的实验室标准试件。

试验装备包括对试件加载及声发射信号接收、放大、处理系统等。为了减小、避免来自试件两端的噪声,试验中采取以下排除噪声的方法:一种方法是在岩石试件的两端分别设置了一层橡皮和两层的四氟乙烯垫片,主要是用来降低试件两端的摩擦和吸收、减小噪声;另一种方法是利用线性定位功能,使仪器只接收岩石试件中部发出的AE信号。

通常情况下的单轴压缩试验中,一般通过把声发射换能器粘贴在岩石标准试件上,经过换能器把标准岩石试件的声发射信号转换成电信号→传送电信号到前置放大器放大→放大后的电信号再传送到声发射信号处理器→形成声发射事件、能量等参数→输送给计算机进行存储、分析。

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声发射测试(单轴压缩下)操作步骤如下:

在试验中当荷载达到一定数值时,所用的标准岩石试件发生了相对明显的声发射现象,按照Kaiser效应理论所表明的,这时所达到的荷载应该就是该岩石的最大先期应力。在制作的所有的标准岩石试件中都有以下现象:增加荷载达到一定数值范围时,都会发生AE频数急速增加的现象,在曲线上会出现一个类似新的Kaiser效应点的“拐点”。因此,继续进行单轴循环压缩测试。

(7)加载按设置的荷载保持一定时间后卸载,或者加载至岩样破坏,分别记录、收集数据,并进行分析处理。

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(3)调试、检查声发射测试系统;

(4)在岩石试件的两端端设置一层橡皮及两层四氟乙烯垫片来避免、降低噪声的干扰;

(2)组装试验仪器及操作系统并确定其正常工作;

(5)启动加载系统,按照设定的方式进行加载;

(6)加载的同时启动声发射测试系统,收集岩样声发射信号;

1.3 职责 团队接受护理部主任的垂直领导,护理部定期督查团队工作。专业团队明确了工作目标并制定工作职责,具体分工如下:组长负责团队与护理部、各临床科室的沟通协调运作。组员负责护理安全知识培训与教育,全院护理安全质量的全面监控、反馈和持续质量改进,对高风险案例的疑难会诊和循证研究。联络员负责科室与团队间的工作交流。

问:正如您所说,您构建的数学能力模型被广泛地应用到许多研究中,包括PISA测试也是基于您的数学能力模型进行了课程设计.作为数学教育领域内一个重要话题,学生的能力测评也备受关注,中国的教育研究者对于PISA测试也一直很关注,那么您是如何看待国际学生学业水平测试在数学教育领域中的作用呢?

3.2 声发射特征

(2)对声源机制进行深入的探索与研究;

(1)严格按规格制作实验室标准岩石试样;

从图1可以看出,对某一试件加载,变形在200 με时,AE开始急增,即出现Kaiser效应点,继续加载至800 με,然后卸载。

  

图1 某试件声发射特征                   图2 多期Kaiser效应试验

由两次试验结果对比可知,Kaiser效应点最先出现是在200 με时(图中1点),并没有在达到800 με时才开始出现,这样的现象好像与Kaiser效应理论不太相符合;试验中继续加载后又发现,在应变达到800 με时,AE的累计频数又急速增加,反应到曲线上是出现“拐点”(图中2点)。这种现象的出现显示出标准岩石试件的声发射出现不止一个效应点,而是多个,这些效应点能够记录岩石的多期应力。而实际中的岩石的应力强度逐次增大,那么试验中的AE累计曲线上的最大的“拐点”即是如今的地应力的强度。上述的这种现象即为多期Kaiser效应现象。

岩石在受到一定程度的荷载后,会在内部生成一些显微缺陷,当对这些岩石试件按之前所受荷载的方向再次加载时,并且加载的荷载超过之前所受的荷载,岩石内部的显微缺陷就会进一步发展,使缺陷再次发生破裂,此时声发射现象就会大量产生;反之,试件所受的荷载没有超过之前所受的最大荷载时,则缺陷几乎不会产生进一步的破裂,此时几乎不产生声发射现象。很明显,利用Kaiser效应测定岩石材料之前受到的最大应力的依据就是该岩石试件在相同方向多次加载受荷,所产生的微裂纹是否进一步扩展或者声发射现象是否出现。微缺陷的扩展和声发射的产生则主要是看所加的荷载能否达到岩石之前所受的最大荷载。

岩石是众多地质材料的一种,历史中在地质作用下其所受的应力非只有相同方向的,往往是受多向应力,据Griffith理论,裂纹进一步扩展的判据为:

 

(1)

 

(2)

可见,由于不同的主应力(σ1σ3)组合,使岩石内部相对比较容易发生进一步破裂的缺陷方位也有所不同。在地质演变过程中经历多期构造运动后的岩石,极有可能在其内部产生多组微裂纹,并且这些微裂纹与各期构造运动的强度一一对应。因此,每一组的裂纹状态就是对应了一次应力历史。故把此种类岩石加工成的试件进行加压试验并记录其声发射现象时,伴随着压力的慢慢增强,每到一个古构造应力或相应的地应力量级,与此对应的微裂纹就会进一步破裂发展,而声发射累计频数就会徒增一次,即呈现出一个Kaiser效应点。随试验持续的进行,多期Kaiser效应现象就产生了,岩石对不同时间地应力强度的记录也就通过多期Kaiser效应完整的展示出来。

4 结 语

在理论上对岩石试样做单轴循环压缩试验,每次重复加载时的最大应力是逐渐增大的,而出现的kaiser效应记录点的应力即是上一次加载的最大应力。在这种试验前提下,kaiser效应记录点的应力等同于岩石在之前构造运动中所受过的最大先期应力。但在实际情况中岩石受荷载的应力并没有显示出逐渐增大的趋向。

连续加载时记忆的应力与非连续加载时记忆的应力并不相同,在循环单轴压缩下kaiser效应记录点是什么时间的应力主要取决于在前一次加载和后一次加载的时间间隔。故此,关于多期kaiser效应的试验是否与加载时间间隔有联系仍有待研究。

尽管Kaiser效应已被发现了几十年,但是对于其理论的研究却不是很多,几乎没有什么发展。在工程试验器材方面,地下空间的环境条件不甚稳定,常常使仪器的性能产生较大的波动,并且此条件中所产生的噪声容易让器材对声发射信号的判别产生较大的影响。加上对岩体声发射信息的使用还很不完善,声发射信号产生的波形辨识仍需要更加系统的研究。Kaiser效应未来的研究方向:

由此可以看出,当前的以导师科研为依托的研究生培养模式和研究生读研动机出现了较大的偏差,教育关系功利化特征明显,造成师生关系异化。

(1)更深一步的进行波的传播等基础理论的研究;

试验用AET500B型声发射测试系统对各个方向的标准岩石试件分别进行单轴压缩下的声发射测试。试件声发射特征如图1所示。多期Kaiser效应试验如图2所示。在图1和图2中,a曲线是应变模拟电压值(1 mv=2 με)与时间所对应的关系;b曲线是AE累计数与时间所相对应的关系。故此可根据传感器率定得应力-应变相应的关系,从而能够确定出AE累计数与应力的对应关系。

(3)基于现在已有机型,提高设备的稳定性并进一步完善和发展出适用于各类工程的信号数据分析、处理软件;

(4)开拓声发射检测技术的应用范围,特别是关于桥梁隧道、综合管廊等检测技术的应用。

关于建立罪犯离监探亲常态化机制的探索与思考四川省监狱管理局狱政管理处、四川省崇州监狱联合课题组(2018年第7期)

参考文献

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[3]尹贤刚.岩体失稳声发射预测预报实例[J].铁道学报,2005,27(1):84-89.

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[5]韩贝传,徐嘉谟.关于岩石“固结应力”记忆模型的探讨[J].岩石力学与工程学报. 1999.18(1):112-114.

2.2.2 有效穗。考察结果详见表5,分析可知施用磷肥的小麦有效穗平均为45.1万/亩,比未施用磷肥处理有效穗39万多6.1万/亩,施用磷肥增加了小麦的有效穗。

[6]张艳霞,何晖.岩石声发射的Kaiser效应研究进展[J].地下空间与工程学报.2007,3(6):1089-1093.

[7]李光海,刘时风.声发射信号处理和分析技术[J].无损检测,2002,20(2):160-167.

 
李珅熠,刘新龙,贾二帅
《洛阳理工学院学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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