土体声发射（AE-Acoustic Emission）研究
文一：
土体三轴剪切时的声发射和能量耗散
摘要：
声发射（AE）监测提供了感知颗粒尺度相互作用的潜力，这些相互作用导致颗粒材料的宏观尺度响应。然而，在粒子尺度机制和特性如何影响声发射产生的基本理解方面仍然存在差距，这限制了声发射监测和声发射测量解释的应用。解决这一知识差距是本研究的主要重点。首先进行了一项基准研究，通过该研究，对排水三轴试验进行了七次3D DEM模拟，并将其与实验测量结果进行了比较，从而确保所采用的模拟方法能够捕捉到真实的行为。所施加的围压、位移率、加载-卸载-再加载-压缩和剪切对耗散塑性能的影响与实测声发射的影响相同。随后使用25个三维DEM模拟程序进行了参数分析。研究结果表明，滑动和滚动摩擦是塑性能量耗散的主要机制，因此影响滑动和滚动摩擦力的颗粒尺度特性对AE的产生影响最大（例如，颗粒形状、表面粗糙度、硬度）。已经建立了关系来量化DEM中颗粒尺度特性的变化（滑动和滚动摩擦系数、法向和剪切刚度及其比值以及局部阻尼系数）如何导致耗散塑性能的变化（R2为0.99）；然而，应该注意的是，灵敏度分析中的关系不能被解释为代表特定的颗粒材料。这一新知识能够改进对声发射的解释，并为建立和预测颗粒材料声发射行为的理论和数值方法的发展奠定了基础。
图：数值样本、刚性边界和柔性圆柱形薄膜的形成: (a)具有刚性边界的样本颗粒; (b)膜的概述; (c)膜颗粒和粘结接触的局部视图; (d)用于计算单个颗粒受力的 Voronoi 单元图示; (e)膜颗粒环的图示; 以及(f)带有样本和刚性壁的应力控制柔性薄膜的概述。
图：滑动摩擦系数对能量耗散率影响的选定结果。（a） μ=0.1；（b） 0.5；（c） 1.2。
图：(a)当 μ = 0.1时，剪切末端的选择力链分布,0.5和1.2; (b)对于不同 μ (槽尺寸 = 1) ，剪切结束时的接触力分布。
文二：
声发射与能量耗散的关系: 土-结构相互作用的 DEM 研究
摘要：
声发射（AE）监测提供了感知颗粒尺度相互作用的潜力，这些相互作用导致颗粒材料的宏观尺度响应；然而，对颗粒尺度机制和颗粒材料中声发射产生之间的基本联系仍然缺乏了解，这限制了对测量声发射的解释。本研究的目的是建立颗粒尺度能量和实验中宏观尺度测量的声发射活性之间的联系。为了实现这一点，在颗粒土壤/钢结构界面上进行了3D DEM模拟程序，并将结果与实验测量结果进行了比较。研究结果表明，有助于AE产生的基本颗粒尺度机制是颗粒重排中的摩擦和阻尼，摩擦是主要机制（即[95%的总能量）。耗散塑性能量受到卸载-再加载行为、施加应力水平、移动剪切阻力和剪切速度的影响，与测量的AE活动相同。AE和耗散塑性能之间已经建立了关系（R2从0.96到0.99），表明在剪切中每焦耳耗散塑性能量产生的AE明显大于压缩。提出了一个将声发射与塑性耗能联系起来的通用表达式。这一新知识能够改进对声发射测量的解释，并为建模和预测颗粒材料声发射行为的理论和数值方法的发展奠定了基础。
图：Wille Geotechnik自动大型（300 9 300 mm横截面）直剪设备（ADS-300）的示意图，该设备配置用于土壤/钢的相互作用测试，AE传感器连接到钢板的上表面
图：a总产生AE（实验结果）和总耗散塑性能量（DEM输出）之间的关系；b CDR剪切中AE率和耗散塑性能率之间的关系（取剪切强度完全调动后的平均值）；c AE速率（剪切）和累积AE RDC（1D压缩）与耗散能量和最大耗散能量的比值
图：能量平衡误差占外部功的百分比：a一维压缩的时间图；b绘制了在恒定剪切速度下直接剪切的剪切应变图；c绘制了随速度增加的直接剪切的剪切应变图；d与循环剪切的剪切应变的关系
文三：
玻璃珠在压缩和剪切时产生的声发射
摘要：
声发射（AE）监测有可能感知颗粒尺度的相互作用，从而导致颗粒材料的宏观尺度响应。本文介绍了在致密玻璃珠上进行的排水三轴试验的结果，以建立各向同性压缩、剪切和相关粘滑事件期间AE的定量解释。已经量化了以下之间的关系：在各向同性压缩和剪切下，单位体积玻璃珠的AE和边界功（即每焦耳产生的AE）；AE和剪切位移率；以及粘滑事件期间偏应力循环的振幅和AE活动。在剪切中，AE的产生随着剪切应变的增加而增加，并达到从体积最小值（即从收缩到膨胀行为的转变）到峰值剪胀保持的峰值，因此AE的产生逐渐减少，然后随着剪切应变进一步增加而保持在恒定的平均值附近。在每个粘滑事件中，AE活动在剪切强度调动、颗粒爬升和沉降过程中增加，然后在颗粒滑动和收缩过程中随着随后的偏应力下降而减少。AE活动中这些循环的振幅由粘滑事件中偏应力循环的振幅控制，偏应力周期也与施加的应力水平成正比，与颗粒尺寸成反比。
图：玻璃珠颗粒的扫描电子显微镜（SEM）图像。每张图像底部面板中的白色条的长度显示了比例尺：（a）中为1 mm，（b）中为100μm，（c）中为10μm，以及（d）中为一μm。请注意，（d）中可见的裂纹出现在颗粒表面的金-钯溅射涂层中，这是SEM图像所必需的
图：GDS Bishop和Wesley应力路径三轴仪的示意图，以及改进的基座，以结合AE和孔隙水压力测量（在Smith和Dixon之后
文四：
致密砂土的声发射特性
摘要：
迄今为止，对颗粒材料产生的声发射（AE）的解释一直是定性的。本研究的目的是将该学科推向AE的定量解释，以实现现场可用性和极限状态故障的早期预警，并加强实验室中元件和物理模型测试的仪器。密砂排水三轴试验结果表明：声发射的产生与外加应力水平、外加应变速率、组构配位数和边界功成正比；在从收缩行为到扩张行为的转变过程中，有两种类型的AE响应，这取决于平均粒径；并且在当前应力条件（压缩和/或剪切）超过过去经历的最大值之前，颗粒材料中的AE活性是可忽略的。已经量化了各向同性压缩和剪切下单位体积沙子的AE和边界功（即每焦耳产生的AE）之间的关系，以及AE和剪切应变率之间的关系。一个示例解释框架演示了如何使用AE测量来识别从收缩行为到扩张行为的转变、峰值剪切强度的调动以及量化通常伴随剪切带发展的加速变形行为。
图：在 LBS 上进行的从各向同性压缩试验到100,200和300kPa 的有效围压的结果(试验1-9和12-15) : (a)总产生的 AE (RDC)与完成的总体积功(J)作图; (b)总产生的 AE 作图与平均有效应力(kPa)的变化作图
图：在100、200和300 kPa的有效围压和1 mm/h的轴向位移率下，对LBS 1.0–2.0进行的排水三轴剪切试验中剪切应变（%）绘制的测量值（试验7、8和9）：（a）应力比（q/p′）；（b） AE发生率（RDC/min）；（c） 体积应变（%）（膨胀显示为阳性）
文五：
颗粒土与钢结构相互作用产生的声发射
摘要：
本研究建立了颗粒土-钢结构相互作用产生的声发射（AE）的定量解释。这一新知识将使土壤-结构相互作用行为的演变能够从AE测量中得到解释。AE监测现在可以在现场提供土壤-结构系统（如埋地管道、桩基和挡土结构）极限状态故障的早期预警，并增强对实验室中元件和物理模型测试的深入了解。在颗粒土-钢界面上进行的大型直剪试验的结果表明，AE的产生受到法向有效应力、移动剪切阻力和剪切速度的影响。在当前应力条件超过过去所经历的最大值之前，颗粒土-钢系统中压缩引起的AE活动可以忽略不计。已经量化了声发射与正常有效应力、移动剪切阻力和剪切速度之间的关系，从而能够从声发射测量中定量解释循环和加速的土壤-结构相互作用行为。
图：石英 LBS 的粒度分布
图：对LBS 2.0–3.35（测试7和8）进行的加载-卸载-重新加载压缩测试的结果：（a）垂直位移与法向有效应力的关系图（沉降显示为负值）；以及（b）针对正常有效应力绘制的累积AE。请注意，黑线显示测试7（即中等密度），灰色线显示测试8（即松散）
图：AE用于解释加速土壤-钢材变形行为的示例。该示例使用了AE率与剪切速度的关系，如图所示。第8（d）段。（a） 说明性渐进失效事件的变形率随时间的变化，以及（b）归一化AE率随时间变化，插图显示归一化AE率与变形率的变化
