冲击荷载对具有轴向静应力红砂岩应力波传播速度的影响特性

岩体工程爆破开挖时,距爆源不同距离处的围岩体承受不同大小的冲击荷载和地应力。为研究冲击荷载和地应力对岩石应力波传播速度的影响,利用改进SHPB试验装置对红砂岩进行应力波传播试验,设置7个等级的轴向静应力和冲击速度,分别模拟工程中的地应力和冲击荷载大小。基于试验得到入射波和透射波起跳点的时间差,计算岩石的应力波传播速度,得到静应力和冲击速度对应力波传播速度的影响规律。构建岩石应力波传播速度与冲击速度的关系经验模型,探索拟合参数随轴向静应力的变化规律。通过测量冲击试验后岩石的声波波速,得到受载后岩石声波波速随冲击速度的变化规律,探究动载荷对岩石应力波传播速度的影响机理。研究结果表明,具有轴向静应力岩石的应力波传播速度随冲击速度的增加先增大后减小,二者呈高斯函数的变化关系。轴向静应力显著影响应力波传播速度与冲击速度的变化关系,各个拟合参数随着轴向静应力的增大呈现不同的变化趋势。在不同的轴向静应力工况下,受载后岩石的声波波速随着冲击速度的增大呈现“平缓减小—急剧减小”的变化趋势。研究结果有助于分析深部工程岩体爆破开挖应力波的传播规律以及邻近结构的稳定性分析。

含水率和密度对木材应力波传播速度的影响

为了用应力波检测木材含水率,采用ARBOTOM应力波测试仪测量了木材径向不同位置上的试件在不同含水率（0-65%范围内）条件下的应力波纵向传播速度。结果表明：木材中应力波传播速度随含水率的下降而增加;当含水率低于纤维饱和点时,传播速度随含水率下降增加较大,其中山毛榉的增幅为17.4%-19.5%,落叶松的增幅为18.2%-20.8%;当含水率高于纤维饱和点时,传播速度随含水率下降增加较小,其中山毛榉的增幅为6.0%-7.9%,落叶松的增幅为8.0%-10.6%。当含水率相同时,应力波在同一树种木材不同位置上的传播速度不同,这与木材不同位置的基本密度差异有关。应力波传播速度随木材基本密度的增大而增大,其中山毛榉木材的增幅为17.5%-20.8%,落叶松木材的增幅为12.7%-14.5%。同一树种内的任意含水率下,基本密度不同时应力波传播速度之间差异显著,传播速度和基本密度之间存在较好的正相关线性关系。不同树种之间,传播速度和基本密度之间没有明显关系,这可能与不同树种之间的成分差异有关。

木麻黄及2种相思海防林活立木应力波传播速度的影响因素分析

采用应力波技术分析海南岛海防林主要树种、胸径、不同气候分布区、活立木不同方位等因素对活立木应力波传播速度的影响。结果表明:(1)木麻黄应力波传播速度与胸径大小呈极显著正相关,其中S 型曲线和倒函数曲线的相关性远好于直线的相关性,但二者之间的相关性主要适用于中小径级范围内,胸径大于16 cm 后应力传播波速度基本稳定;(2)不同树种应力波传播速度具有一定的差异性,相同胸径条件下(DBH:12~16 cm),木麻黄Casuarina equisetifolia 的应力波传播速度最大(4211.90 m·s^-1),马占相思Acacia mangium 次之(4025.17 m·s^-1),大叶相思Acacia auriculiformis 最小(3543.75 m·s^-1),且DBH ≥ 18 cm 时,各径级木麻黄应力波传播速度也均大于马占相思,表明木麻黄的抗风性能良好;(3)不同气候分布区及活立木不同方位对木麻黄应力波传播速度无显著影响。研究结果对评价海防林不同树种的抗风性能具有重要意义。

电阻断层成像、应力波及阻抗仪3种无损检测方法对活立木腐朽程度的定量检测

【目的】应用电阻断层成像法、应力波断层成像法和阻抗仪法对活立木树干腐朽程度进行检测和定量表征,判断3种方法的可靠性,为野外立木健康情况检测提供基础数据和理论依据。【方法】在黑龙江省哈尔滨市东北林业大学试验林场内,选取水曲柳和北京杨各25株(15株腐朽,10株健康)共50株100个截面,采用PICUS Tree Tronic型树木电阻断层成像仪、Arbotom应力波断层成像系统和Resistograph针式阻抗仪检测及木芯质量损失率估测4种方法对断面腐朽程度进行检测和定量表征。以木芯质量损失率计算的样木腐朽程度(E_s)为真值,利用最小二乘法分别建立电阻测定的腐朽程度(E_d)、应力波测定的腐朽程度(E_y)及阻抗仪测定的腐朽程度(E_z)与真值(E_s)之间的线性关系。【结果】电阻断层成像、应力波和阻抗仪3种无损检测方法能在不同腐朽程度上表征活立木木材质量损失率;从整体上来看,电阻检测和应力波检测结果与腐朽程度真值的拟合程度低于阻抗仪检测结果与腐朽程度真值的拟合程度;从不同腐朽阶段来看,在E_s<30%时,E_d和E_s的相关系数最高(R=0.823,P<0.01);在30%≤E_s<50%时,E_y和E_s的相关系数最高(R=0.658,P<0.01);在E_s≥50%时,E_z和E_s的相关系数最高(R=0.914,P<0.01)。【结论】电阻断层成像法对木材早期腐朽的检测比较敏感,而应力波断层成像法则相对在木材腐朽稍严重时更准确,阻抗仪法在腐朽各个阶段的检测结果都较为准确,且在腐朽严重时最准确,但会对木材造成微损伤。3种无损检测方法均能有效检测活立木腐朽,并有各自的特点,在实际腐朽检测中应根据实际检测需要来选择。

基于应力波技术对海南岛海防林抗风树种的筛选

海南岛人工海防林树种多样性很低,主要造林树种仍然是木麻黄,因此筛选出适宜的更多海防林树种具有重要的生态意义。基于应力波传播技术,探究活立木弹性模量的影响因素,并基于25个树种木材密度和弹性模量的差异性筛选出抗风性能较强的树种。结果表明:1)较高弹性模量的树种有10个(5229.005~9503.209 MPa),从小到大的顺序依次为青皮、黄槿、马占相思、潺槁木姜子、柠檬桉、苦楝、榄仁树、大叶相思、银合欢和木麻黄。弹性模量中等的树种有6个,依次为莲叶桐、鹊肾树、凤凰木、橡胶树、湿地松和水黄皮(3183.930~4288.321 MPa)。弹性模量较低的树种有7个(539.702~3037.248 MPa),依次为火焰木、乌桕、海杧果、对叶榕、白楸、小叶榄仁和台湾相思。2)应力波速度和木材密度均与弹性模量呈显著正相关;胸径对弹性模量的影响较小;含水率对弹性模量的影响几乎可忽略不计。较高弹性模量的树种,木质坚硬,具有较强的抗风性能,可以作为海防林树种。弹性模量中等的树种也具有入选海防林树种的条件,不过可考虑将这些树种应用到风害较轻的区域。

应力波无损检测木构件材质性能的影响因素

研究应力波无损检测木构件材质性能的影响因素,以有效地进行检测。以木材含水率、传感器测量间距、材料尺寸效应和传感器设置角度等因素为对象,设置单因素水平研究,检测应力波传播速度,并通过分析传播速度的变化,判断各因素对应力波在木材内部传播速度检测值的影响。结果表明,木材含水率、传感器测量间距和传感器设置角度对传播速度检测有影响,材料尺寸和敲击次数没有影响。

基于应力波和支持向量机的木材缺陷识别分类方法

现有的应力波木材检测仪只能测定木材内部是否存在缺陷,无法对木材缺陷类型进行分类。笔者提出了一种结合应力波无损检测技术和支持向量机(SVM)的木材缺陷识别分类方法,该方法首先测量木材内部的应力波传播速度,以此作为分类特征,利用支持向量机对木材的内部缺陷进行分类。为了验证该方法的有效性,选取健康的以及含有不同缺陷的山核桃木试样31件、松木试样28件,采集山核桃木试样应力波传播速度数据117组、松木试样应力波传播速度数据80组,以应力波传播速度为分类特征,利用支持向量机对木材的缺陷类型进行分类。结果表明:山核桃木试样缺陷分类准确率达到93.75%,松木试样缺陷分类准确率达到95%。该方法不仅能识别木材内部是否存在缺陷,还能对木材的空洞、裂缝、腐朽等缺陷进行准确分类。

红松活立木内部腐朽程度的定量检测

在凉水实验林场(凉水国家级自然保护区)选取了21个红松活立木截面,用Arbotom应力波测试仪和Resistograph阻抗仪进行腐朽程度检测,得到两种检测方法的腐朽程度表征,即应力波传播速度与阻抗仪阻力曲线。用生长锥在各个横截面上分别取2根长度为25 cm的木芯,在实验室测得木芯质量损失率和含水率。然后利用最小二乘法分别建立应力波传播速度和阻抗仪阻力损失值与木材质量损失率的线性方程,进而分析应力波与阻抗仪检测表征与木材腐朽程度的关系。结果表明:应力波传播速度与质量损失率之间有较强的负相关关系(R=0.698,P<0.01),且应力波检测结果需要根据影响因素进行适当修正。阻抗仪阻力损失值与质量损失率之间有显著的正相关关系(R=0.851,P<0.01)。两种方法都能有效地检测活立木的腐朽程度。