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        鹽巖間隔疲勞的聲發(fā)射特性試驗(yàn)研究

        2017-09-07 08:23:33崔遙姜德義杜逢彬陳結(jié)任松范金洋
        關(guān)鍵詞:鹽巖振鈴間隔

        崔遙,姜德義,杜逢彬,陳結(jié), 3,任松,范金洋

        鹽巖間隔疲勞的聲發(fā)射特性試驗(yàn)研究

        崔遙1, 2,姜德義1,杜逢彬2,陳結(jié)1, 3,任松1,范金洋1

        (1. 重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室,重慶,400044;2. 重慶市勘測(cè)院,重慶,401121;3. 中國(guó)科學(xué)院巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢,430071)

        為研究時(shí)間間隔作用下鹽巖疲勞試驗(yàn)的聲發(fā)射特征,進(jìn)一步揭示時(shí)間間隔對(duì)鹽巖殘余應(yīng)變及疲勞壽命的影響,利用多功能鹽巖試驗(yàn)機(jī)和聲發(fā)射設(shè)備對(duì)時(shí)間間隔作用下的疲勞損傷及聲發(fā)射特征進(jìn)行試驗(yàn)研究,將聲發(fā)射參數(shù)與損傷演化、晶體位錯(cuò)相聯(lián)系,闡述時(shí)間間隔對(duì)疲勞力學(xué)行為的影響機(jī)理。結(jié)合損傷演化理論建立基于聲發(fā)射振鈴數(shù)的累積損傷變量與時(shí)間間隔之間的定性關(guān)系。研究結(jié)果表明:時(shí)間間隔的插入會(huì)加速疲勞過(guò)程中塑性變形的積累,時(shí)間間隔越長(zhǎng),塑性變形積累越快,疲勞壽命隨之顯著降低;時(shí)間間隔后循環(huán)內(nèi)聲發(fā)射振鈴數(shù)比時(shí)間間隔前的多,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的無(wú)應(yīng)力靜置,后續(xù)循環(huán)內(nèi)的聲發(fā)射變得更為活躍,且時(shí)間間隔越長(zhǎng),此現(xiàn)象越明顯;在時(shí)間間隔內(nèi),殘余應(yīng)力參與并主導(dǎo)了細(xì)觀尺度上鹽巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整,由Bauschinger效應(yīng)導(dǎo)致的反向軟化使鹽巖結(jié)構(gòu)更為松散,加速塑性變形的積累。時(shí)間間隔對(duì)疲勞損傷有加速效應(yīng)。

        鹽巖;時(shí)間間隔;疲勞;聲發(fā)射;損傷;位錯(cuò)

        現(xiàn)實(shí)中的地下工程具有極復(fù)雜的受力狀態(tài),在鹽巖地下儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行過(guò)程中,周期性注、采氣并非連續(xù)循環(huán)過(guò)程,期間存在長(zhǎng)短不一的時(shí)間間隔。與普通巖石不同,鹽巖具有損傷自愈合的優(yōu)點(diǎn),其顯著的流變特性[1?4]決定了時(shí)間間隔勢(shì)必會(huì)影響疲勞過(guò)程中的力學(xué)行為。自1963年GOODMAN[5]發(fā)現(xiàn)巖石材料存在Kaiser效應(yīng),聲發(fā)射因其在探究巖石微觀機(jī)理演化方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),開(kāi)始廣泛應(yīng)用于研究中。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)鹽巖及其他種類巖石在循環(huán)荷載下的聲發(fā)射特性有大量研究。任松等[6]發(fā)現(xiàn)鹽巖的疲勞試驗(yàn)中,聲發(fā)射振鈴數(shù)隨著上下限應(yīng)力的改變而變化,加載速率會(huì)影響聲發(fā)射率;陳宇龍等[7]對(duì)砂巖循環(huán)加載試驗(yàn)的聲發(fā)射規(guī)律進(jìn)行了研究,探討了Kaiser效應(yīng)與Felicity效應(yīng);徐速超等[8]研究了單軸循環(huán)加卸載作用下矽卡巖強(qiáng)度變化及聲發(fā)射特征;李楠等[9]對(duì)循環(huán)加載條件下巖石損傷破壞全過(guò)程的聲發(fā)射規(guī)律和頻譜特性進(jìn)行了研究;許江等[10]對(duì)循環(huán)載荷作用下砂巖聲發(fā)射規(guī)律開(kāi)展了大量試驗(yàn)研究,提出了砂巖疲勞損傷的4階段模型;劉建坡等[11]建立了循環(huán)載荷下巖石破壞過(guò)程中的內(nèi)部損傷和聲發(fā)射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型, 分析了循環(huán)加載方式下的巖石損傷演化過(guò)程和巖石失穩(wěn)破壞的前兆;張暉輝等[12]利用聲發(fā)射記錄研究了預(yù)測(cè)巖石宏觀破壞的2 種前兆現(xiàn)象:能量加速釋放及加卸載響應(yīng)比劇增,為地震預(yù)測(cè)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù);蔣宇等[13]研究了循環(huán)荷載作用下巖石疲勞破壞過(guò)程中的變形規(guī)律和聲發(fā)射特征,揭示了兩者之間的聯(lián)系,論述了選擇軸向變形作為宏觀損傷參量的合理性;李浩然等[14]通過(guò)單軸加載及循環(huán)荷載試驗(yàn),對(duì)鹽巖變形破壞特征及聲波、聲發(fā)射活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行深入研究。上述成果為巖石在疲勞過(guò)程中的聲發(fā)射特征研究起到了指向性作用,但均未考慮循環(huán)內(nèi)時(shí)間間歇對(duì)巖石疲勞過(guò)程中裂隙發(fā)展的影響。本文作者利用聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔影響下的鹽巖疲勞試驗(yàn),通過(guò)對(duì)比不同試驗(yàn)條件下的聲發(fā)射規(guī)律,探究其對(duì)鹽巖疲勞壽命的影響。

        1 試驗(yàn)條件及方法

        1.1 試驗(yàn)條件

        試驗(yàn)使用產(chǎn)自巴基斯坦喜馬拉雅山區(qū)的高純度鹽巖,呈純白色或淺紅色。試樣加工成直徑×長(zhǎng)度為 50 mm×100 mm圓柱形,為減小端部效應(yīng),上下端面平整度控制在±0.02 mm。

        試驗(yàn)設(shè)備為重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室自主研發(fā)的三軸高溫鹽巖試驗(yàn)機(jī),如圖1(a)所示;聲發(fā)射測(cè)試采用美國(guó)聲學(xué)物理公司PAC (physical acoustic corporation)生產(chǎn)的12 CHs 聲發(fā)射測(cè)試分析系統(tǒng),如圖1(b)所示。本試驗(yàn)中設(shè)定聲發(fā)射測(cè)試分析系統(tǒng)的主放為40 dB,門(mén)檻值為40 dB,傳感器諧振頻率為20~400 kHz,采樣頻率為1×106次/s。

        (a) 三軸高溫鹽巖試驗(yàn)機(jī);(b) 聲發(fā)射測(cè)試分析系統(tǒng)

        1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

        疲勞過(guò)程加、卸載速率為2 kN/s,上限應(yīng)力為單軸抗壓強(qiáng)度(UCS)的85%,下限壓力為0 kN。試驗(yàn)分別設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)組(Classic)以及插入時(shí)間間隔的對(duì)照組(s)。對(duì)照組試驗(yàn)是在常規(guī)疲勞試驗(yàn)中每相鄰的2個(gè)循環(huán)后插入1個(gè)時(shí)間間隔,時(shí)間間隔分別恒定為5,30,60和120 s,應(yīng)力路徑如圖2所示,其中為間隔時(shí)間,表1所示為巖性參數(shù)。

        圖2 對(duì)照組應(yīng)力路徑簡(jiǎn)圖

        表1 鹽巖力學(xué)參數(shù)

        2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        蔣宇等[13]已經(jīng)驗(yàn)證了在單軸疲勞過(guò)程中選擇軸向變形作為宏觀損傷參量的合理性,故本文在論述殘余應(yīng)變變化規(guī)律時(shí)以軸向變形為重點(diǎn)。在常規(guī)疲勞試驗(yàn)中,殘余應(yīng)變的發(fā)展是連續(xù)的過(guò)程[4, 15?16],由于對(duì)照組試驗(yàn)中按圖2所示方式插入時(shí)間間隔,故將循環(huán)按時(shí)間間隔插入位置分為奇偶數(shù)2類,偶數(shù)循環(huán)對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔前,奇數(shù)循環(huán)對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔后。

        2.1 殘余變形特征

        以編號(hào)5 s試件為例,軸向殘余應(yīng)變按奇偶循環(huán)排列發(fā)展規(guī)律如圖3所示。發(fā)現(xiàn)插入5 s時(shí)間間隔疲勞試驗(yàn)的殘余應(yīng)變發(fā)展是非連續(xù)的,但按奇偶數(shù)循環(huán)分別排列則會(huì)顯現(xiàn)出差異性規(guī)律,即時(shí)間間隔后殘余應(yīng)變總是大于時(shí)間間隔前殘余應(yīng)變。

        選取指數(shù)函數(shù)e+C對(duì)圖3中散點(diǎn)進(jìn)行擬合,以此來(lái)描述時(shí)間間隔前后殘余應(yīng)變隨循環(huán)數(shù)發(fā)展的趨勢(shì),其中,為函數(shù)水平漸近線,代表殘余應(yīng)變穩(wěn)定發(fā)展階段的平均水平,前為時(shí)間間隔前殘余應(yīng)變發(fā)展的平均水平,后為時(shí)間間隔后殘余應(yīng)變發(fā)展的平均水平,(后?前)為時(shí)間間隔前后殘余應(yīng)變平均水平的差。從表2可知:前,后以及(后?前)隨時(shí)間間隔的增加總體呈上升趨勢(shì),說(shuō)明時(shí)間間隔對(duì)疲勞過(guò)程中殘余應(yīng)變的積累有加速作用,且時(shí)間間隔越大,殘余應(yīng)變積累越明顯;鹽巖疲勞壽命隨間隔時(shí)間增大不斷減小,由于鹽巖的疲勞破壞是塑性變形不斷積累導(dǎo)致的,殘余應(yīng)變積累效率越高,鹽巖疲勞壽命越低,說(shuō)明時(shí)間間隔會(huì)顯著降低其疲勞壽命。

        圖3 5 s殘余應(yīng)變

        表2 C值及疲勞壽命統(tǒng)計(jì)

        2.2 聲發(fā)射基本特征

        圖4所示為時(shí)間間隔為60 s時(shí)聲發(fā)射振鈴數(shù)、應(yīng)變隨時(shí)間變化的曲線。發(fā)現(xiàn)振鈴數(shù)與疲勞過(guò)程中的應(yīng)變變化均有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,聲發(fā)射規(guī)律明顯。

        初次循環(huán)過(guò)程中出現(xiàn)比穩(wěn)定循環(huán)階段更多的聲發(fā)射事件,這是由于巖石經(jīng)過(guò)孔隙壓密后,持續(xù)加載使原本完整的內(nèi)部裂紋開(kāi)始擴(kuò)展,晶體開(kāi)始逐漸沿晶界發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng)并不斷出現(xiàn)穿晶裂紋,晶體中的原子開(kāi)始發(fā)生永久性遷移,聲發(fā)射活躍,是鹽巖發(fā)生塑性變形標(biāo)志,預(yù)示著殘余應(yīng)變開(kāi)始形成;在疲勞過(guò)程末期,聲發(fā)射較穩(wěn)定時(shí)期活躍,甚至振鈴數(shù)和能量釋放出現(xiàn)了全程的最大值,這一階段是原始裂紋和疲勞過(guò)程中產(chǎn)生的大量穿晶裂紋匯集成貫通性裂紋的過(guò)程,由于大量裂紋在短時(shí)間內(nèi)發(fā)育、發(fā)展,使內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)構(gòu)碎屑化,鹽巖內(nèi)部完全失穩(wěn)導(dǎo)致最終破壞,這一過(guò)程釋放出大量能量,故聲發(fā)射異?;钴S。

        在比較時(shí)間間隔前后的聲發(fā)射振鈴數(shù)時(shí),以圖4(a)中紅框標(biāo)出區(qū)域?yàn)橐唤M,其中循環(huán)4產(chǎn)生時(shí)間間隔前循環(huán)的振鈴數(shù),循環(huán)5產(chǎn)生時(shí)間間隔后循環(huán)的振鈴數(shù),其余循環(huán)統(tǒng)計(jì)方式以此類推。圖5所示為圖4中第7到12循環(huán)放大圖。結(jié)合圖4和圖5發(fā)現(xiàn)在疲勞穩(wěn)定階段,時(shí)間間隔后循環(huán)產(chǎn)生的振鈴數(shù)要多于時(shí)間間隔前循環(huán)產(chǎn)生的振鈴數(shù),且存在更高的峰值,聲發(fā)射事件更為活躍,這一現(xiàn)象貫穿了除初次加載循環(huán)和疲勞末期以外的全過(guò)程,說(shuō)明在無(wú)應(yīng)力靜置階段有作用力參與巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)調(diào)整。在位錯(cuò)理論中,晶體中的滑移是通過(guò)位錯(cuò)的移動(dòng)而發(fā)生的[17]。在位錯(cuò)移動(dòng)過(guò)程中,部分位錯(cuò)在晶體中受到阻礙并滯留其中,導(dǎo)致滑移面兩端滑移距離不同,出現(xiàn)不均勻的形變量,產(chǎn)生殘余應(yīng)力。陳結(jié)等[18?19]認(rèn)為晶粒間相互作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力普遍存在于鹽巖的應(yīng)變硬化過(guò)程中,在無(wú)應(yīng)力靜置的時(shí)間間隔內(nèi),可以認(rèn)為殘余應(yīng)力是這一階段促使鹽巖晶粒運(yùn)動(dòng)和整體結(jié)構(gòu)自我調(diào)整的直接原因。

        圖4 60 s聲發(fā)射振鈴數(shù)特征

        圖5 60 s聲發(fā)射特征局部放大圖

        2.3 時(shí)間間隔的影響

        對(duì)疲勞過(guò)程中每個(gè)循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的聲發(fā)射振鈴數(shù)進(jìn)行求和統(tǒng)計(jì),并研究殘余應(yīng)變的發(fā)展情況,結(jié)果如圖6所示。從圖6可見(jiàn):第1個(gè)循環(huán)由于既不屬于時(shí)間間隔前也不屬于時(shí)間間隔后,且處于孔隙壓密階段,不參與統(tǒng)計(jì);破壞時(shí)的聲發(fā)射振鈴數(shù)也不參與統(tǒng)計(jì),是由于未形成完整循環(huán),且破壞時(shí)聲發(fā)射機(jī)理特殊,與穩(wěn)定疲勞過(guò)程無(wú)可比性。從圖6可以看出:在宏觀上,時(shí)間間隔后循環(huán)產(chǎn)生的殘余應(yīng)變總是大于時(shí)間間隔前循環(huán)產(chǎn)生的殘余應(yīng)變,前文中對(duì)殘余應(yīng)變的發(fā)展規(guī)律已進(jìn)行定性、定量表述,如圖3及表2所示;在細(xì)觀上,圖6定量地反映出時(shí)間間隔前后循環(huán)產(chǎn)生振鈴數(shù)總數(shù)的差異,疲勞穩(wěn)定發(fā)展過(guò)程中,大致上總存在時(shí)間間隔后循環(huán)產(chǎn)生的總振鈴數(shù)大于時(shí)間間隔前循環(huán)產(chǎn)生的總振鈴數(shù),說(shuō)明時(shí)間間隔后循環(huán)的聲發(fā)射現(xiàn)象更為活躍。

        為討論時(shí)間間隔對(duì)疲勞過(guò)程中聲發(fā)射的影響,定義

        其中:N()為從第2次循環(huán)開(kāi)始,時(shí)間間隔后循環(huán)內(nèi)的聲發(fā)射振鈴數(shù)與相鄰的時(shí)間間隔前循環(huán)內(nèi)振鈴數(shù)的差值;2i+1為奇數(shù)次循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的聲發(fā)射振鈴數(shù);2i為偶數(shù)次循環(huán)內(nèi)振鈴數(shù);為計(jì)算序數(shù);為間隔時(shí)間。由此得到4種時(shí)間間隔影響下N()的發(fā)展情況,如圖7所示。

        由于聲發(fā)射是與巖石細(xì)觀損傷密切相關(guān)的伴生現(xiàn)象,所以,振鈴數(shù)可以表征巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的能量耗散過(guò)程。N()作為時(shí)間間隔后循環(huán)內(nèi)的聲發(fā)射振鈴數(shù)與相鄰的時(shí)間間隔前循環(huán)內(nèi)振鈴數(shù)的差值,可以近似反映出在無(wú)應(yīng)力靜置的時(shí)間間隔內(nèi)鹽巖內(nèi)部能量耗散情況。從圖7可以看出:時(shí)間間隔越大,N()的平均值越高,說(shuō)明在越長(zhǎng)的無(wú)應(yīng)力靜置時(shí)間間隔內(nèi),鹽巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整越充分,殘余應(yīng)力做功越多,能量耗散越多,彈性能e消耗越充分,產(chǎn)生的新生滑移面越多,鹽巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為“松散化”。引入Bauschinger效應(yīng)[20],在無(wú)外應(yīng)力作用的時(shí)間間隔內(nèi),殘余應(yīng)力拖拽位錯(cuò)使其回復(fù)原位,與位錯(cuò)在外應(yīng)力作用下的運(yùn)動(dòng)方向相反;后續(xù)外應(yīng)力加載時(shí),與前次加載相比,位錯(cuò)的抵抗能力減小,更容易發(fā)生滑移。這種一個(gè)方向的硬化引起相反方向的軟化會(huì)在宏觀上導(dǎo)致殘余應(yīng)變的迅速積累。所以,時(shí)間間隔越大,殘余應(yīng)變積累越迅速,鹽巖越容易破壞,疲勞壽命降低(見(jiàn)表2)。

        (a) 5 s;(b) 30 s;(c) 60 s;(d) 120 s

        圖7 Ni(x)散點(diǎn)趨勢(shì)圖

        3 討論

        從微觀力學(xué)角度建立各種理論模型來(lái)研究聲發(fā)射機(jī)制和量化聲發(fā)射特征一直備受重視[21],利用連續(xù)損傷力學(xué)方法建立分析模型在巖石材料的研究中極其有效[22]。損傷變量是指材料劣化的狀態(tài),KACHANOV[23]將損傷變量定義為即時(shí)承載斷面上微缺陷的所有面積d與初始無(wú)損時(shí)的斷面積的比值,即

        假設(shè)鹽巖試件無(wú)初始損傷,整個(gè)截面全破壞的累積聲發(fā)射事件總數(shù)為total,則單位面積微元破壞時(shí)的聲發(fā)射率為

        (3)

        若忽略各個(gè)聲發(fā)射的大小,則當(dāng)斷面破壞(損傷)面積達(dá)d時(shí),累計(jì)聲發(fā)射數(shù)為

        聯(lián)立式(2)和(4),得到聲發(fā)射數(shù)與損傷變量之間的關(guān)系為

        (5)

        式(5)表明聲發(fā)射數(shù)與材料損傷在理論上具有一致性,同時(shí)考慮Kaiser效應(yīng)中聲發(fā)射重新出現(xiàn)的時(shí)機(jī)并引用Kaiser效應(yīng)的相關(guān)描述[19, 22],第次重復(fù)加載的聲發(fā)射數(shù)N為[23?24]

        其中:D?1為前一次加載所產(chǎn)生的損傷值,<·>定義為

        (7)

        這里需要引入應(yīng)變表達(dá)損傷規(guī)律[25]:

        式中:()為的連續(xù)正定函數(shù),是理想狀態(tài)下的損傷演化函數(shù),為可變的損傷應(yīng)變門(mén)檻值。

        以式(9)的應(yīng)變函數(shù)為基礎(chǔ),有

        (10)

        式中:D為到第個(gè)循環(huán)的累積損傷;N為第次循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的振鈴數(shù);和為常數(shù)。以式(10)得到4種時(shí)間間隔條件下的累積損傷曲線,如圖8所示。

        觀察累計(jì)損傷曲線可以發(fā)現(xiàn):從試驗(yàn)開(kāi)始到試件破壞的過(guò)程中,損傷經(jīng)歷了“減速—穩(wěn)定—加速”3個(gè)階段,其中穩(wěn)定損傷階段因其在損傷發(fā)展曲線中的導(dǎo)向性作用顯得尤為重要。圖8中4條損傷曲線中黑色部分趨于直線段區(qū)域即為穩(wěn)定損傷階段。由圖8可以看出:其在損傷全程中發(fā)展最為平穩(wěn),且穩(wěn)定損傷區(qū)域的末端指向會(huì)確定出后續(xù)加速損傷階段的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)4種時(shí)間間隔損傷曲線的穩(wěn)定損傷段以d方式進(jìn)行線性擬合,得到穩(wěn)定損傷階段線性擬合方程斜率d隨間隔時(shí)間變化的關(guān)系,如圖9所示。

        圖8 累積損傷曲線

        圖9 穩(wěn)定損傷階段線性擬合方程斜率(kd)發(fā)展情況

        從圖9可知:隨著時(shí)間間隔增大,穩(wěn)定損傷階段的斜率不斷增大,充分說(shuō)明時(shí)間間隔對(duì)疲勞損傷有明顯的加速作用,其存在會(huì)顯著降低鹽巖的疲勞壽命。

        4 結(jié)論

        1) 加入時(shí)間間隔的疲勞試驗(yàn),其聲發(fā)射振鈴數(shù)、能量發(fā)展與應(yīng)變有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一方面,時(shí)間間隔的出現(xiàn)加速了塑性變形的積累,使疲勞壽命顯著降低;另一方面,時(shí)間間隔后循環(huán)內(nèi)的振鈴數(shù)明顯多于時(shí)間間隔前循環(huán)內(nèi)振鈴數(shù),推測(cè)是由于在時(shí)間間隔內(nèi)殘余應(yīng)力作反向運(yùn)動(dòng),使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“松散化”,在宏觀上則表現(xiàn)為塑性變形的快速積累。

        2) 通過(guò)“動(dòng)力學(xué)增殖機(jī)制”,將時(shí)間間隔內(nèi)殘余應(yīng)力作用與聲發(fā)射現(xiàn)象相聯(lián)系,得到無(wú)應(yīng)力靜置階段鹽巖內(nèi)部有應(yīng)力活動(dòng)的結(jié)論。時(shí)間間隔越長(zhǎng),鹽巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整越充分,殘余應(yīng)力做功越多,能量耗散越大,鹽巖越容易發(fā)生破壞。

        3) 建立了聲發(fā)射與疲勞損傷之間的定性關(guān)系,得出累積損傷方程,通過(guò)對(duì)比4種時(shí)間間隔下累計(jì)損傷曲線的穩(wěn)定發(fā)展階段,發(fā)現(xiàn)時(shí)間間隔對(duì)疲勞損傷有明顯加速效應(yīng)。

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        (編輯 楊幼平)

        Experimental study on character of acoustic emission caused by interval fatigue of salt rock

        CUI Yao1, 2, JIANG Deyi1, DU Fengbin2, CHEN Jie1, 3, REN Song1, FAN Jinyang1

        (1. State Key Laboratory for the Coal Mine Disaster Dynamics and Controls, Chongqing University, Chongqing 400044, China;2. Chongqing Survey Institute, Chongqing 401121, China;3. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China)

        An experimental research on salt rock’s fatigue damage and character of its acoustic emission (AE) to reveal the influence of time interval for residual strain and fatigue life further was done using the multifunctional test machine and AE facility. The mechanism of fatigue activities influenced by interval was expounded by combination of AE parameter, damage evolution and crystal dislocation. Qualitative relationship between accumulated damage variable and time interval was established by AE counts based on damage theory and fatigue disturbance theory. The results show that time interval accelerates accumulation of plastic deformation during fatigue progress. The longer interval, the faster plastic deformation accumulates, and consequently, fatigue life has a larger decrease. AE count produced in circle after interval is more than that produced in circle before interval. Acoustic emission in circle after interval becomes more active after standing of interval, and the longer the interval, the more obvious the phenomenon is. Residual stress leads to adjustment of internal structure of salt rock in the mesoscopic scale. The reverse softening caused by Bauschinger effect makes structure of salt rock more unconsolidated and accelerates accumulation of plastic deformation. Interval has accelerating effect on fatigue damage.

        salt rock; time interval; fatigue; acoustic emission; damage; dislocation

        10.11817/j.issn.1672-7207.2017.07.026

        TU457

        A

        1672?7207(2017)07?1875?08

        2016?07?23;

        2016?10?25

        國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51604044,41672292,51574048);中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(106112016CDJZR245518) (Projects((51604044, 41672292, 51574048) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(106112016CDJZR245518) supported by the Foundational Research Funds for the Central Universities)

        姜德義,博士,教授,從事巖土力學(xué)、固體力學(xué)研究;E-mail: deyij@cqu.edu.cn

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