基于数字体散斑法煤样内部三维应变场的测量

煤岩内部三维应力应变场的测量对冲击地压、气体吸附及煤与瓦斯突出的机理研究具有重要意义,但在实验室中很少有方法能够直接测量煤岩内部三维应力应变场。采用新近发展的数字体散斑法与微焦点工业CT相结合的方法分别测量了单轴压缩和CO2气体吸附过程中煤样内部的变形,由变形获得煤样内部的三维应变场。研究表明,煤样内部天然结构可以作为携带变形信息的散斑结构,用于变形测量。通过单轴压缩煤样内部等效应变及体积应变的可视化,直观地显示出试件内部应变局部化区域孕育发展的过程,煤样的变形破坏具有明显的应变局部化特征,应变局部化区域与煤样最终破坏断裂区域位置一致。利用DVSP法测得了煤样吸附CO2过程中的三维应变场,并与应变片测量结果进行了对比,两者具有较好的一致性。通过体积应变的分布图直观揭示出煤样在吸附气体过程中存在膨胀区与压缩区,由于非均质性造成内部变形不均匀。

基于CT图像的混凝土单轴压缩裂隙与应变场分析

利用X射线计算机层析术(CT)对混凝土试件单轴压缩过程进行原位扫描,获得了不同荷载下试件的CT图像.通过对CT图像进行分析,获得了灰度均值及其均方差、孔隙率和计盒维数随荷载变化的规律.结合数字体散斑法(DVSP)获得了试件内部三维位移场与应变场.结果表明:试件内部不同尺度裂隙的发展导致灰度均值及其均方差、孔隙率和计盒维数发生相应的变化,灰度均值及其均方差可以揭示小于CT尺度裂隙的发展规律,孔隙率和计盒维数更适用于描述大于CT尺度裂隙的特征.试件内部的位移场与应变场能够直观地揭示出小于CT尺度微裂隙引起的应变局部化区域的产生及发展过程,为混凝土细观破坏机理研究提供了新方法.

混凝土单轴压缩CT观测及三维变形场计算分析

利用微焦点工业CT对混凝土试件单轴压缩过程分阶段进行原位扫描,获得相应的系列CT图像。由数字体散斑法(Digital Volumetric Speckle Photography,DVSP)获得了试件内部三维位移场与应变场。混凝土内部非均匀细观结构可以作为散斑结构成为变形信息的载体用于试件内部变形的测量;通过位移场和应变场的分析,揭示了试件内部变形局部化区域的演化及破坏过程,局部化区域与试件最终破坏面位置相一致。根据试件的体积应变随轴向应力的变化曲线分别定义了小于CT尺度微裂隙和CT尺度裂隙的发育点,分别为峰值应力的54.7%和82.0%,这两点同时对应着试件扩容的起始点及塑性变形的起始点。结果表明,DVSP与CT技术相结合能够直观地揭示混凝土试件内部变形局部化产生及发展过程,为三维变形的精细测量及可视化提供了方法。