硫酸盐腐蚀环境中井壁混凝土声发射性能及其变异性研究

发布时间：2018-03-28 18:59

  本文选题：井壁混凝土　切入点：硫酸盐　出处：《北京科技大学》2017年博士论文

【摘要】：矿山井筒常年处于深部地层中,受到复杂的地质条件以及多种环境因素的共同作用。井壁则是维护围岩稳定,并保障井筒安全的重要结构。在井壁结构的服役过程中,既承受复杂多变的荷载作用,又经受有害环境的化学侵蚀作用。本文以淮北矿区童亭副井井壁结构的腐蚀破坏为工程背景,对矿井井壁混凝土材料经过腐蚀后的声发射性能及其变异性特征进行了分析。旨在为井壁结构服役期间的声发射监测及其稳定性分析提供依据。通过室内加速腐蚀实验来研究受硫酸盐腐蚀不同程度的混凝土试块在单轴压缩过程中其声发射性能的变异性。对不同腐蚀程度的试块建立声发射活性函数,用声发射事件数表示损伤因子,通过声发射参数探讨硫酸盐腐蚀作用下混凝土损伤规律,定量的描述腐蚀混凝土损伤随着应力水平的变化,同时利用损伤因子建立可靠度函数可以对不同腐蚀程度的混凝土材料可靠度进行评价。通过室内加速腐蚀实验来分析不同力学损伤环境下混凝土试块在受载过程中的声发射性能,分析了其在破坏过程中的声发射b值变化规律。通过预制裂缝混凝土梁三点弯曲实验,研究了不同腐蚀程度的混凝土试件在断裂过程中的声发射特征参数的变化。采用声发射信号变化特征确定预制裂缝混凝土梁的开裂点和失稳破坏点,获得了开裂点处声发射性能随着腐蚀程度的加深的变化特征,并建立以声发射参数为识别特征的混凝土材料的断裂判据。同时,通过加入仿钢纤维改善混凝土梁的断裂性能,分析仿钢纤维混凝土梁断裂过程声发射性能特征,验证了随着腐蚀时间的增长,其性能比普通混凝土梁具有明显优势。利用声发射总数与应力强度因子的相关关系,验证了随着混凝土腐蚀程度的加深,其声发射振铃总数降低,临界应力强度因子减小,材料的断裂韧性降低的规律。结合灰色理论和突变理论,建立声发射参数的灰色尖点突变模型,利用该模型可以确定腐蚀井壁混凝土断裂过程的开裂点和失稳破坏点,进而确定混凝土梁的开裂荷载和失稳破坏荷载。
[Abstract]:The mine shaft is in deep formation all the year round and is affected by complicated geological conditions and various environmental factors. The shaft lining is an important structure to maintain the stability of surrounding rock and to ensure the safety of wellbore. This paper takes the corrosion damage of Tongting auxiliary shaft wall structure in Huaibei mining area as the engineering background. The acoustic emission properties and their variability characteristics of corroded mine lining concrete materials are analyzed. The aim is to provide a basis for acoustic emission monitoring and stability analysis of shaft lining structure during service. The variation of acoustic emission (AE) properties of concrete specimens with different degree of sulphate corrosion during uniaxial compression was studied by corrosion experiments. The acoustic emission activity function was established for the specimens with different corrosion degree. The damage factors are expressed by the number of acoustic emission events. The damage law of concrete under sulphate corrosion is discussed by acoustic emission parameters, and the change of corrosion concrete damage with stress level is described quantitatively. At the same time, the reliability function of concrete material with different corrosion degree can be evaluated by using damage factor, and the loading process of concrete specimen under different mechanical damage environment is analyzed by indoor accelerated corrosion experiment. Acoustic emission performance, The rule of change of b value of acoustic emission in the process of failure is analyzed. The three-point bending experiment of precast cracked concrete beam is carried out. The change of acoustic emission characteristic parameters of concrete specimens with different corrosion degree during fracture is studied. The crack point and failure point of precast cracked concrete beam are determined by acoustic emission signal. The characteristics of acoustic emission (AE) properties at cracking points with the deepening of corrosion degree are obtained, and the fracture criteria of concrete materials identified by AE parameters are established. At the same time, the fracture properties of concrete beams are improved by adding steel-imitated fibers. The characteristics of acoustic emission (AE) during fracture of steel-like fiber reinforced concrete beams are analyzed. It is verified that with the increase of corrosion time, its performance is superior to that of ordinary concrete beams. The correlation between the total number of acoustic emissions and the stress intensity factor is used. It is verified that with the deepening of corrosion degree of concrete, the total number of acoustic emission ringing bells decreases, the critical stress intensity factor decreases, and the fracture toughness of the material decreases. The grey cusp catastrophe model of acoustic emission parameters is established, which can be used to determine the cracking point and unstable failure point of corroded shaft wall concrete, and then determine the cracking load and unstable failure load of concrete beam.
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD262

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本文编号：1677618