基于正交试验和超声波波速的水库底泥透水混凝土性能研究

水库中的黏土、砂、有机物和无机矿物等结合并沉淀形成了水库底泥,水库底泥通常以不规则非均质体的黏土胶状物存在,呈流塑状态,具有良好的可塑性,颗粒之间较为松散。水库底泥的堆积会使水库的蓄水和防洪能力减弱,进而缩小水库容量,缩短水库寿命,影响航运交通等。另外水库底泥的长久堆积,其所含有的有机物还可能会对周边环境造成污染,水环境安全指数降低,进而对人类生存构成潜在的威胁,因此迫切需要对水库底泥进行资源化利用。为提高水库底泥在建筑材料领域的附加值利用率,将水库底泥作辅助胶凝材料制备透水混凝土。通过正交试验对水库底泥透水混凝土进行配合比设计优化研究,分析矿渣粉、水库底泥和增强剂对水库底泥透水混凝土干密度、总孔隙率、有效孔隙率、透水系数、超声波波速和28 d抗压强度等性能指标的影响,研究超声波波速与孔隙率、透水系数和28 d抗压强度之间的关系,探究试件的质量和超声波波速随冻融循环次数的演化规律。结果表明,随着水库底泥的掺入,水库底泥透水混凝土的干密度、抗压强度和超声波波速不断下降,孔隙率和透水系数不断增大;矿渣粉掺入使得试件的干密度、抗压强度和超声波波速先增大后减小,孔隙率和透水系数先减小后增大;增强剂对试件的性能指标影响不明显。3种因素对水库底泥透水混凝土的干密度、总孔隙率、有效空隙率、透水系数、超声波波速和28 d抗压强度影响排序为水库底泥掺量>矿渣粉掺量>增强剂掺量;超声波波速与孔隙率、透水系数和28 d抗压强度的曲线拟合相关性良好;随着冻融循环次数增加,试件质量损失率逐渐增大、超声波波速逐渐下降,矿渣粉和增强剂可以改善试件的冻融耐久性。研究成果将推进水库底泥在制备建筑材料中的开发与应用,有望为水库底泥透水混凝土的进一步应用提供参考。

孔隙环境特征对高岭土超声波波速影响机理研究

高岭土是工程中常见的黏性土体,其微观结构对孔隙环境的变化十分敏感。目前针对高岭土孔隙环境特征与声波波速关系的研究还有待深入。基于超声波测试理论,采用RSM-SY6超声波检测仪,研究了不同孔隙环境条件下,高岭土超声波波速的变化规律,并从黏土颗粒的排列方式及其与孔隙溶液的相互作用等微观角度,分析了孔隙环境特征对高岭土超声波波速的影响机理,为超声波检测技术在土体中的应用提供了一定的理论依据。结果表明:(1)孔隙比越大,高岭土超声波波速越低;(2)随着含水率的增加,高岭土超声波波速先小幅度降低,后大幅度升高;(3)孔隙溶液酸碱度对高岭土超声波波速的影响与边缘等电pH值有关,当孔隙溶液pH值等于边缘等电pH值时,超声波波速最大;(4)盐分的加入使高岭土超声波波速降低,当盐溶液浓度在0~0.5 mol/L时,波速下降最快。相同阴离子条件下,高价阳离子对超声波波速的降低作用更明显。研究结果可为黏性土体声学特性研究提供参考,同时也为超声波检测技术在土体中的应用提供了一定的理论依据。

密实状态下拱桥管内混凝土超声波波速的时变规律及多因素模型

为了准确分析钢管混凝土拱桥灌注成桥后的密实特性及超声参数演化规律,提出一种考虑多因素综合影响的管内混凝土密实超声波波速时变模型。首先通过搜集遴选了5座钢管混凝土拱桥现场检测数据以及584组钢管混凝土试验数据,建立了超声波波速的试验数据库;然后通过对试验数据的分析,研究确定了检测龄期和钢-混组合结构类型对超声波波速的影响规律,并通过引入时间系数和钢-混组合影响系数修正超声波波速的多因素模型;进而基于2阶段回归分析法确定了待定拟合参数取值,从而建立一种能够综合考虑混凝土抗压强度、检测龄期和钢-混组合结构类型影响的管内混凝土密实超声波波速多因素时变模型;最后通过与现有模型、试验数据和现场检测数据对比分析,验证了该模型的有效性。研究结果表明:采用倒数模型能够更加合理地描述管内混凝土密实超声波波速先快速增加后逐渐放缓并趋于稳定的时变规律;与其他测区相比,当测区内存在加劲板、法兰盘和内衬管等复杂钢-混组合结构时,超声波波速均出现不同程度的增幅效应,且钢-混组合结构影响因子分别取1.46,1.61和1.23;与现有模型相比,该模型不仅构建了多特征参数与超声波波速之间的耦合关系,而且对钢管混凝土拱桥全截面检测评估具有较高的计算精度和适用性。

岩石加载过程声波波速变化规律实验研究

通过对花岗岩、片麻岩、大理岩和砂岩进行加载,探寻岩石波速随应力变化的响应特征.实验结果表明:花岗岩和片麻岩在线弹性加载阶段,波速-应力呈线性上升;波速达到峰值之后,波速-应力为二次函数非线性变化,再继续加载则岩样发生破坏.大理岩及砂岩在整个加载过程中波速基本保持恒定.依据成岩类型将波速变化分为两种类型:Ⅰ型,波速线性增加—峰值波速—缓慢下降—突然下降(破坏);Ⅱ型,波速不变—突然下降(破坏).在循环荷载作用下,岩石在线弹性加载阶段,波速呈线性上升;当增加到一定载荷,波速突然下降,岩样发生破坏.以上研究表明,在线弹性加载阶段,波速增加主要是密度变化引起的,裂纹萌生、扩展、贯通直接影响波速随应力的变化规律.

冻土超声波波速与冻土物理力学性质试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质。运用UVM-2型声速测定仪,测定不同密度的冻结砂土、冻结黄土和冻结粘土在不同温度下的超声波波速(纵波波速和横波波速)。对比分析不同土质的冻土,在温度和密度变化时超声波波速的变化,得出以下结论:土质颗粒的大小及组成成分在土冻结且在温度继续下降的过程中,通过影响结合水含量的变化而影响未冻水含量的变化,从而进一步影响冻土中的超声波传播速度,所以,可以在超声波波速与温度变化和未冻水含量与温度变化的基础上,建立超声波波速与未冻水含量的关系,通过测定超声波波速来量测冻土未冻水含量。密度的变化也影响着冻土纵、横波波速的变化,且冻结黄土的波速受密度变化影响较大,而冻结粘土则较小。冻土土质类型不同,透过它们的纵波波速和横波波速的变化范围也不同,可以通过对比表示压缩和剪切相对幅值的纵横波速比比值,来判定此冻土的土质类型,一般冻结粘土为1.07,冻结黄土为2.15,冻结砂土为0.7。根据弹性理论,泊松比与波速比有关,所以可以直接测量冻土的波速比研究冻土的强度及变形性能。

一种测量岩石压缩裂纹扩展过程声波波速的连续测量方法

中低围压或单轴压缩荷载条件下,可以将脆性岩石材料的裂纹扩展过程划分为原生裂纹压密、新生裂纹起裂并稳定扩展、不稳定裂纹扩展和交互贯通以及峰后5个主要发展阶段。含预制裂纹试样的直接观测法、应变监测、声发射(AE)监测、声波波速测试、CT(computerized tomography)扫描、微电镜观察等间接监测方法被用来研究裂纹起裂和扩展过程。本文基于在中、低围压以及单轴压缩荷载条件下,脆性岩石材料首先产生张拉裂纹,并优先沿加载方向发育的规律,提出采用声波波速连续测量方法进行岩石加载过程波速的连续观测,有助于分析裂纹扩展过程中声波波速的变化,为研究裂纹扩展过程提供一种间接测量手段。

红黏土物理力学性质与声波波速关系的初步研究

声波波速测试作为一种快速、简便、无损的检测方法,在岩土、地质工程中已被广泛运用。采用WSD-2数字声波仪对贵阳市金阳区某建筑楼盘的红黏土土样在不同的含水率、孔隙比、砂土配合比击实条件下的声波波速进行测定,分析了不同物理力学状态下的红黏土声波波速的变化规律。结果表明:红黏土原状土样的声波波速与其含水率呈"U"型关系,而随其孔隙比的增大而减小;击实红黏土重塑土样的声波波速随其含水率的增大呈先增大后减小的二次函数关系,而与其干密度大致呈正相关的关系。该研究结果验证了通过红黏土的声波波速来反算其物理力学性质指标值的可行性,为进一步开展理论研究和生产实践提供了试验依据。

超声波波速与透水混凝土性能关系的试验研究

通过正交试验对透水混凝土进行配合比设计,测试了透水混凝土的孔隙率、干密度、渗透系数、抗压强度、抗折强度与抗冻等级,通过极差分析对试验结果进行分析,得出骨料粒径、水胶比和孔隙率对各项基本性能的影响规律。运用超声波检测技术对透水混凝土试件的超声波波速进行了测定,研究了超声波波速与各项基本性能之间的关系。在冻融试验中研究了超声波波速随冻融循环次数增加的变化规律,并构建它们的量化模型。结果表明,超声波波速与透水混凝土各项性能指标的相关性良好。研究为使用超声波波速评价透水混凝土各项基本性能及冻融损伤程度提供了理论依据。

多次振动荷载作用下新浇混凝土超声波波速变化规律试验研究

为研究多次振动对新浇混凝土性能的影响,设计新浇混凝土振动模拟试验,利用振动台对新浇混凝土施加多次振动荷载,测试其超声波波速,利用试验结果分析试块超声波波速的变化过程与规律。试验结果表明:新浇混凝土基准试块超声波波速经历了快速增长、缓慢增长和基本稳定3个阶段,振动试块经历了快速增长、缓慢增长、迅速降低和基本稳定4个阶段;振动试块在龄期48 h内超声波波速增长速率比基准试块大且其波速先达到峰值;在龄期3~7 d内随着振动次数增加,振动试块超声波波速快速下降且该现象具有一定的累积效应,而基准试块超声波波速持续增长;龄期7 d后,振动试块超声波波速逐渐趋于稳定,最终稳定值低于基准试块稳定值。

骨料粒径对透水混凝土超声波波速影响

基于透水混凝土骨料级配与含量的特殊性,为了解骨料粒径对透水混凝土超声波波速的影响。分别选取2.5~6、6~10、10~16、16~20 mm粒径范围骨料,制备0.25~0.34水灰比范围透水混凝土。测量其透水系数、有效孔隙率、抗压强度以及超声波波速。对比分析不同粒径范围透水混凝土超声波波速与水灰比及性能指标间的关系。结果表明,同一粒径范围,超声波波速与抗压强度呈正相关关系,与透水系数呈负相关关系。超声波波速随透水混凝土骨料粒径增大而增大,并从介质分界面角度对透水混凝土截面图像分析解释了这一现象。最后通过试验结果与现有文献进行对比分析,讨论了骨料对透水混凝土与普通混凝土波速测量间差异。

粘性土物理力学性质与超声波波速关系的试验研究

含水量W和压缩系数α是粘性土的主要物理力学性质指标。运用HTY-C型超声波参数测定仪,测定了南京市河西地区不同状态粘性土的超声波波速值,对比得到其与含水量W和压缩系数α变化关系。试验研究结果表明:粘性土的纵波波速值随含水量的增大而增大;而横波波速值与含水量的相关性较差;在相同含水量下粘性土的纵横波波速值的比值之间呈线形关系;一定含水量条件下,粘性土的纵波波速与压缩系数之间呈指数函数关系,横波与压缩系数之间呈线性关系。

基于声波波速的火谷混凝土坝固结灌浆后建基面基岩抗剪断强度参数确定

根据火谷混凝土坝基岩声波波速与地质强度指标GSI建立的关系式,采用材料力学法计算建基面基岩的实际最小主应力,应用Hoek-Brown准则确定灌浆前建基面基岩的抗剪断强度参数,并基于室内试验所给出的抗剪断参数建议值,分别运用抗滑稳定公式计算建基面基岩的抗滑稳定安全系数。结果表明,该方法对应的抗滑稳定安全系数与建议参数对应值较为吻合。继而用声波波速计算灌浆后基岩的抗剪断强度参数,发现其抗滑稳定安全系数较建议参数对应值有所提高。

盐冻作用下掺粉煤灰混凝土超声波波速测强理论模型

在室内模拟了盐冻(5%Na2SO4)作用下掺粉煤灰水工混凝土抗冻性试验,探究了超声波波速及抗压强度随冻融循环次数的变化规律及波速测强理论模型。结果表明,超声波波速及抗压强度随着冻融循环次数的增加而不断下降,冻融150次后内部冻融损伤不断积累加快,掺入粉煤灰对抗冻性产生不利影响;建立了波速测强指数关系理论模型及相对超声波波速与抗压强度损失率之间的指数关系式,发现当抗压强度损失率达50%时,相对波速降为85%,这为运用超声波无损检测手段评价盐冻条件下掺粉煤灰水工混凝土的抗压强度提供了理论模型依据。

21基桩检测中反射波波速与声波波速的差异探讨

本文主要探讨了利用反射波和声波在工程检测中测试相同物体时的波速差异问题,并作了产生波速差异的原因分析。

基于正交试验的SCC抗压强度及超声波波速研究

基于正交试验对自密实混凝土(SCC)进行基本的配合比设计,测试了试件7 d及28 d的抗压强度和超声波波速.试验结果通过极差与方差进行分析,得出砂率、粉煤灰及矿粉掺量对2项基本性能的作用顺序及显著性,且构建了试件的强度与波速的量化模型.结果表明,矿粉与粉煤灰掺量对试件的7 d强度有显著的影响,而砂率、粉煤灰及矿粉掺量对试件7 d、28 d波速及28 d强度作用均不明显.经过模拟曲线表明,波速与试件强度相关性良好.本研究为使用波速评价SCC强度提供了依据.

基于对穿声波波速的岩体完整性多尺度评价新指标与分析方法

岩体完整性是评价岩体质量的重要指标,弹性波勘探技术是实现这一目标的有效方法之一。为了克服传统评价过程中采用经验公式存在主观性过强和精细度不够的问题,基于岩体对穿声波波速数据,采用加权随机森林方法(weightedrandomforests,WRF)提出了一种新的多尺度岩体完整性评价指标(multi-scalerockmassintegrity index,MRMII)和相应的分析方法。该指标综合考虑了不同孔深对穿声波波速、卸荷状况、水文地质、埋深和岩性等关键参数,由WRF模型预测结果中的各类岩体完整性所占比例计算得出。通过实际工程应用,MRMII值与勘探数据吻合良好,并且能够对岩体完整性进行不同尺度的精细化评价。此外,相较于传统弹性波测试方法,该指标可以减小测量误差和工程师经验不足对分类结果的影响,获得更适合指导工程建设的评价分析结果。

三轴加载煤样声波速度与孔隙率关系试验研究

煤的孔隙率是表征储层瓦斯富集程度的重要指标,对于评价矿区煤层气资源至关重要,为提高煤层气的开采和利用,且为更好地研究煤储层的孔隙率,以焦作古汉山矿原煤作标准煤样,将煤样加工为平行于面割理、垂直于面割理和垂直于层理3个方向的煤样,采用自制的煤储层压裂模拟及物性特征试验装置系统,在常温条件下,对每组煤样同步进行超声波特征和应力-应变测试试验,将所测得的声波速度、孔隙率和轴压关系进行两两拟合,并对其结果进行了分析探论。研究结果表明:在保持围压不变的情况下,煤样的孔隙率随轴压的增大呈线性趋势减小,并且不同方向的孔隙率压力影响系数表现出明显的各向异性;煤样声波速度随轴压的增大呈线性趋势增大,且煤岩的超声波速具有明显的层理效应,较孔隙率而言,压力对声波速度的影响更显著;随着加载过程中轴压的增大,煤样的声波速度与孔隙率满足良好的线性关系,为利用声波波速预测煤层的孔隙率提供了理论依据。

煤岩特性对超声波速影响的试验研究

超声波测试技术广泛应用材料内部缺陷与表面裂缝检测和描述,然而其声学参数同煤岩物理特性与结构特征的关系,成为该技术在地下采矿工程中应用的瓶颈问题之一。在大同煤矿集团塔山矿8212工作面采集煤块及顶板岩芯,采用美国Tektronix公司生产的超声波仪,开展不同层理方向煤岩及不同岩性岩石的超声波室内测试试验,并结合CT扫描、磨片分析等微观测试手段和覆压渗透试验获得煤岩内部物质含量组成形态及渗透特性,系统研究密度、层理方向、孔隙度、渗透率、矿物颗粒成分及大小等因素对超声波传播速度的影响。试验表明:纵波与横波波速均表现出随密度增大而增大的趋势;煤岩的超声波速有明显的层理效应,试验发现轴向与层理的夹角由小变大,其纵波和横波波速呈减小趋势,轴向平行层理煤岩的纵波、横波波速分别约为轴向垂直层理的1.22,1.23倍;纵波波速随孔隙率与渗透率的增大而减小,且煤的渗透率亦呈现明显的层理效应,轴向平行层理煤岩的渗透率约为轴向垂直层理的57.1倍;岩石矿物颗粒越细纵波波速越大,岩样纵波波速依次以细砂岩、中粗粒砂岩、含粗砂细砾岩和粗粒砂岩由大到小排列。

基于超声波波速及BP神经网络的胶结充填体强度预测

尾砂胶结充填体作为一种水泥基多相复合材料,其单轴抗压强度与超声波波速受水泥含量、固体质量分数、试件形态等因素影响.通过制备三种形态(7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm立方体,Φ5 cm×10 cm圆柱体和Φ7 cm×14 cm圆柱体)的试件并进行单轴抗压强度试验和声波波速测试,对充填体强度和波速受水泥含量、固体质量分数和试件形态影响的规律进行了灰色-关联度分析.结果表明:水泥含量是影响强度的关键核心因素,关联度为0.837;固体质量分数是影响波速的关键核心因素,关联度为0.712.建立了充填体强度-波速指数函数预测模型和BP神经网络预测模型,通过对两种预测模型进行统计分析的F检验和t检验验证了两种方法在充填体强度预测的可行性,为胶结充填体的强度预测提供了新方法.

盐蚀对白泥陶粒混凝土超声波波速及强度影响的研究

通过对陶粒混凝土进行的超声波检测和立方体抗压试验,研究了混凝土立方体抗压强度和超声波波速之间的关系,以及不同种类、浓度、腐蚀时间的盐溶液浸泡腐蚀与干湿循环等因素对陶粒混凝土波速以及强度的影响规律。试验结果表明,混凝土的抗压强度与波速具有较好的正相关性;掺入白泥可以提高陶粒混凝土的强度;干湿循环对硫酸盐的腐蚀具有促进作用,对氯盐和混合盐的腐蚀有抑制作用;氯盐和硫酸盐浸泡腐蚀使混凝土超声波波速呈现先下降再回升,最后趋于稳定的趋势,其中初期分别最多下降了6.48%和3.36%,可以推测混凝土的强度也有类似规律。