[发明专利]基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法

权利要求书

1.一种基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)开展混凝土梁三点弯断裂试验，试验测得初始裂缝萌生，荷载P＝P_ini，至宏观裂缝出现，荷载P＝P_max，由此确定断裂过程区从出现至完全形成的完整过程，P_ini为微观裂缝萌生临界荷载，P_max为最大荷载；

(2)利用数字散斑应变测试仪和声发射测试仪，分别监测初始缺口尖端应变的发展和断裂过程区应变能的释放；

(3)以断裂过程区从出现至完全形成所释放应变能的变化定义单轴受拉损伤因子d_t为：

式中，Π(ε_t)和Π分别是与初始缺口尖端的受拉应变ε和ε＝∞相对应的断裂过程区内释放的单位面积应变能，g_t(ε_t)和g_t分别是应变从零到ε_t和从零到∞释放的单位体积应变能，x是断裂过程区内计算点至初始缺口边缘的距离，l_f是断裂过程区长度，l_f(x)是当初始尖端受拉应变为ε时的断裂过程区的长度；

(4)根据监测的声发射能量，得到断裂过程区应变能释放的变化过程，由此确定混凝土受拉损伤演化方程的声发射参数形式：

式中，表示从初始加载到加载时间为t时的累积声发射能量；是断裂过程区从出现至完全形成释放的累积声发射能量；

(5)根据监测的初始缺口尖端应变，得到相应的非线性应变为：

(6)由上述监测结果，拟合d_t和之间的函数表达式，根据试验数据的变化特征，其数学表达式取为：

式中，β为材料参数，通过对试验数据拟合得到。

2.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(1)中在混凝土梁三点弯试验中，当0＜P＜P_ini时，材料未发生损伤；当P_ini≤P＜P_max时，初始缺口尖端形成微裂缝区并逐渐扩展；随着加载增大，初始缺口尖端应力达到混凝土抗拉强度时桥接区产生，断裂过程区形成并开始稳定扩展；当P_max＝P，完整的断裂过程区形成并开始不稳定扩展，宏观裂缝产生；P_max通过试验结果确定，依据断裂力学原理P_ini根据下式确定：

式中，P_ini为微观裂缝萌生临界荷载，P_max为最大荷载；分别为起裂韧度、粘聚韧度、失稳韧度。

3.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(2)中在混凝土梁三点弯试验中，随着微裂缝的产生、扩展，断裂过程区内材料释放的应变能利用声发射测试仪进行监测。

4.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(3)中从P＝0到P＝P_max的加载阶段，初始缺口尖端应力从σ＝0增加至σ＝f_t然后减小到σ＝0，对应的应变从ε＝0增加到极限拉应变即ε＝ε_tu，此应力-应变关系与单轴受拉应力-应变关系一致；在此过程中，断裂过程区内应变能释放的变化，反映了单轴受拉应变从ε＝0增加到ε＝ε_tu过程中材料损伤的演化。

5.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(4)中相应于初始缺口尖端应变从ε＝0增加到ε＝ε_tu，完整的断裂过程区逐渐形成；在此过程中，监测到从初始状态到加载时间t所释放的应变能对应于累积声发射能量监测到从初始状态到完整的断裂过程区形成所释放的应变能对应于累积声发射能量