节理岩体爆破的块度计算模型

以分形理论和现场实测数据为基础，提出了节理间距的Ｃａｎｔｏｒ集分布和岩体天然块度的计算方法，用随机分形构造模型描述爆破岩块的形成过程，按照损伤力学的方法，研究节理岩体爆破机制，提出岩体破碎比比率这一新概念，由此建立了节理岩体爆破块度计算的损伤模型。     

岩石天然块度预测的计算模型

为了对岩石天然块度作出合理正确的预测,分析讨论了岩体结构面的分形特征,提出了 一种利用分形分布、节理密度、岩石质量指标R_(Q,D)和结构面间距分布形式的联系来预测岩石天然块度。研究表明,此模型可以作为岩石天然块度的预测模型。     

基于块体二维图形的岩块三维筛分尺寸研究

为实现破碎岩石的三维块度分布估算，研究了根据图像分割后的岩块二维图形计算岩块三维筛分尺寸的方法。通过块体三维形状参数ε和κ对块体进行分类，根据分类结果计算块体的等效尺寸作为过筛块度尺寸。利用岩体结构面网络模拟建立三维岩块模型集合，利用一组平面对其进行切割得到岩块对应的二维轮廓线，根据岩块二维轮廓线和岩块三维模型分别计算块体的二维和三维几何特征参数值，从而利用统计分析和回归分析建立二维和三维几何特征参数之间的关系，推导出通过二维几何参数计算岩块筛分尺寸的公式，最终得到定量的矿岩块度分布。实验对比表明，根据二维几何特征参数计算的块体筛分尺寸和三维岩块模型的块体实际筛分尺寸分布规律基本一致。     

基于Monte Carlo模拟的矿岩块度预测

在确定矿岩可崩性的基础上,根据岩体中节理面的空间分布规律,采用Monte Carlo技术模拟节理系统,对矿岩块度影响因素进行定量分析,利用矿岩块度预测三维模型及软件系统Makeblock,对矿岩块度进行有效预测.将上述方法应用到金川Ⅲ矿区矿岩块度预测中,并对该矿区崩落矿石块度进行综合评价.     

岩石破碎块度分布分形预测

从分析岩石内部损伤发展入手，探讨了岩石破碎的分形规律，得出了损伤分形维数和块度分布分维数之间的关系，为预测块度分布提供了依据。     

损伤岩体破碎块度分布的预测

就损伤岩体爆破破碎规律和块度分布预测的几个问题进行了分析研究。基于概率论推导出爆破块度分布分形维数的计算模型。并得了了与以往不同的一个结论为爆破块度分布的预测提供了理论上的依据。     

套管错断井断口岩体损伤块度分布数学模型

目前,套管错断井数量逐年增加,套管错断后,错断口岩体发生损伤破碎,并由错断口进入井眼内,影响油田正常生产,因此,错断井的修复工作意义重大。但由于岩体损伤破坏碎块度大小不一,很大程度上影响了修井施工中磨铣冲砂方案的制定,降低了冲砂效率,导致修井周期延长,成本增加。为了对套管错断井断口岩体破碎块度分布规律有一个较为精确的描述,基于概率论原理,从损伤岩体弹性纵波速度入手,运用分形几何理论,建立了新的计算岩块分形维数的方法,丰富了传统研究岩体破碎块度分布的理论,可以更方便快捷地预测岩体损伤块度分布,从而为套管错断井修井施工参数设计提供参考依据,指导现场施工快速高效的进行。     

高台阶排土场岩石块度分布规律研究

本文通过对永平铜矿高台阶汽车排土场岩石块度分布规律的现场测定,着重研究了排土场自上而下岩石块度分布规律及其对散体物料物理力学特性的影响,并将岩石块度分布规律首次应用于排土场稳定性分析计算,得出了符合矿山实际的结论.     

岩石爆破块度的数值流形方法预测

岩石爆破块度预测是岩石爆破研究中的一个重要内容,针对以往爆破块度预测方法的不足,提出了一种新的岩石爆破块度预测方法——数值流形方法。该方法通过对裂纹产生与扩展的处理,能够自动计算出爆破后岩石块体的大小,这为估计岩石爆破块度的大小提供了一条新的思路。最后通过一个数值算例阐述了该方法的应用。     

节理岩体计算单元生成与崩落块度预测

本文根据我国某自然崩落法矿山试验矿块岩体节理裂隙实际调查。应用数理统计方法对岩体节理产状进行了统计分析,总结了岩体节理倾角和间距的分布规律。在此基础上编制了节理岩体计算单元生成程序,进而预测崩落的块度及组成,为节理岩体的力学分析和工程设计提供了方便而可靠的条件。     

煤体破裂分形特征与声发射规律研究

探究离散性影响下煤体力学行为演化机制及失稳预测方法是有效提高冲击地压预测准确性的关键,开展煤受载破坏声发射监测试验并对破碎块体筛分统计,获得了强度、块体分形特征、声发射信号规律及其相互关系。研究结果表明:受裂隙及夹矸等影响煤体内部形成承载结构缺陷区导致其强度具有显著离散性,含有夹矸或裂隙越多,煤体受载过程弹性区越短承载能力越低,破碎后完整性较高,峰后软化特征明显,煤体单轴压缩破坏块度分形维数为2.08~2.60略高于岩石,碎块分形维数随峰值应力增加而升高,将质量频率分布曲线的斜率定义为碎块密集度(k),碎块密集度越小煤体分形维数越大,破碎块体的数目越多体积越小破碎程度越高;煤体受载过程声发射能量、信号密集度和能量累积量随强度正相关变化,声发射累积量正比于分形维数,结合试验统计结果,深入分析了声发射能量与分形维数间的内在联系,并建立了声发射累积总能量随分形维数变化的经验公式,研究成果为定量的分析声发射信号与煤体力学行为间相互关系提供指导。     

节理岩体的分形损伤张量

论述了分形几何及计算分形维数的方法；讨论了利用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法在计算机上生成岩体节理网络图的原理；提出了一种分形损伤张量，并通过算例讨论了这种张量的可行性。     

近距离煤层群围岩碎裂特征与裂隙分布关系

六家煤矿近距离煤层群裂隙网络发育,为了防止顶板及层内裂隙导水、邻空面瓦斯超限与煤体自然发火等隐患,基于分形理论,以巴西劈裂试验和现场窥视统计试验为研究手段,探讨了岩体碎裂尺度及均匀度对裂隙分形特征的影响。研究表明：劈裂块度分维值越接近2,则破裂后碎块尺度越均匀,表现为存在一条主裂隙将试样大致均分且裂隙面较平整;劈裂块度分维值与2相差越大,碎块尺度差距越悬殊,裂隙面越粗糙。劈裂块度分维值与裂隙分维值之间符合抛物线分布,劈裂块度分维值越接近2,则裂隙分维值越大,表明劈裂块体尺度越接近,岩层内裂隙条数越少、裂隙环越平整且与层面夹角越小;劈裂块度分维值与2相差越大,则裂隙分维值越小,表明劈裂块体尺度相差越悬殊,裂隙条数越多、裂隙面越粗糙且裂隙方位无规律。裂隙分布规律与劈裂碎块尺度大小无关,与碎块尺度均匀性密切相关。     

分形理论在岩体质量评价中的应用及分级指标值的确定

为了更全面的评价岩体质量,克服传统的岩体质量等级分级方法如RQD,RMR和BQ等未考虑岩体中的节理、裂隙的不足,根据岩体结构面的自相似特征,应用分形理论来对其进行研究．运用盒计维数法对某地下工程岩体结构面分布的分形维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征．对计算结果数值分布的规律分析发现,分形维数越大,岩体质量越差,表明岩体结构面分布的分形维可以作为评价岩体质量的指标．并通过分维数D与RQD,RMR和BQ的拟合,给出岩体质量分级指标D值,从而提出一个以岩体结构面分形维数为分级指标的岩体质量评价方案．     

泥石流堆积区粒度分布的分形特征

结合"变换分形"和"累计和系列变换"的方法,提出泥石流沟堆积区颗粒的一阶累计百分含量与粒径之间满足一阶累计和分形分布,并对所研究的21条泥石流沟的变换分维值进行归纳,得出所研究区域泥石流沟堆积区颗粒一阶累计百分含量与粒径间分维数一般所在的区间,及泥石流沟与冲洪积沟变换分维数的不同点。     

煤矸破碎粒度分布规律的分形特征试验研究

为寻找煤矸破碎粒度的分布规律,根据分形理论建立了煤矸破碎粒度分布的分形表达式,并与威布尔分布比较,寻找煤矸破碎特性指数、破碎程度参数、分形维数与各影响参数的关系。首先对不同杆数的滚筒进行煤矸破碎试验,根据实验结果选择合适的杆数,并对参数间的关系进行探讨;其次,对不同杆形的滚筒进行煤矸破碎实验,根据实验结果确定杆形对煤矸破碎粒度分布的影响;最后对不同地质条件下的煤矸进行破碎实验,研究不同硬度的煤矸对煤矸破碎粒度分布的影响。研究结果表明：杆数为6、杆形为三角杆的滚筒破碎效果最好。威布尔分布、分形分布均可表示煤矸破碎粒度的分布规律,但用分形分布表示煤矸破碎粒度的分布规律,能更好地表达煤矸破碎粒度的的分布规律,可以更好地指导生产。     

含瓦斯煤岩剪切破断过程中裂纹演化及其分形特征

利用自主研发的含瓦斯煤岩细观剪切试验装置,开展了含瓦斯煤岩细观剪切试验,研究了煤岩剪切破断面裂纹的开裂扩展演化规律,并基于分形理论,分析了剪切破断面裂纹分布的分形特征。研究结果表明：含瓦斯煤岩剪切破断面裂纹的演化过程经历了5个阶段,即裂纹起裂、裂纹稳定扩展、裂纹非稳定扩展、剪切破断及裂纹摩擦阶段;含瓦斯煤岩剪切破断不同阶段的裂纹分布符合分形特征,且随着剪切应力水平的提高,含瓦斯煤岩剪切面裂纹分布的分形维数呈现上升趋势,通过剪切面裂纹的分形维数可定量描述含瓦斯煤岩随剪切应力状态变化的裂纹演化特征。     

不同应变率下煤岩冲击动力试验研究

利用75 mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验系统,对煤岩进行不同应变率下冲击压缩试验。实验结果表明：煤岩微细观特征复杂,离散性强;煤岩在低应变率下多呈轴向劈裂破坏,高应变率下呈现出压碎破坏;冲击过程中能量随着应变率的增大而增大,耗散能与应变率基本呈弱幂函数关系或线性分布关系;煤岩破碎块度分维与应变率呈线性相关,分形维数在1.7~2.2范围内,应变率越大,块度越小,分形维数越大,煤岩耗散能量越大。     

岩石冲击破碎块度分形与能量耗散特征研究

为研究冲击荷载作用下岩石能量吸收与破碎分形特征,应用霍普金森试验系统对0.6、0.8、1.0、1.2、1.4长径比花岗岩进行动态冲击试验,分析了应变率效应和尺寸效应对花岗岩试件的破碎能耗和破坏形态的影响;在考虑时间因素的基础上,提出一种新的能时密度指标来评价能量耗散,结合分形维数计算与能时密度分析,研究岩石在冲击过程中的能时密度与分形特征。结果表明：0.6 ~ 1.4长径比花岗岩试件的应变率和能时密度均符合乘幂关系,同种长径比试件的能时密度随应变率增大呈递增趋势;在48.8 ~124.2 s_^-1应变率区间内,分形维数随应变率增加显著增大;花岗岩试件在动荷载下的能时密度和分形维数符合乘幂关系,单位时间内岩石吸收能量越多,分形特征就越明显;引用能时密度结合岩石破碎块度的分形维数计算,能够定量研究岩石单位时间内的能量吸收规律。     

岩石粗糙节理剪切强度的分形分析

以分形维数定量描述岩石节理面粗糙性，通过剪切实验分析研究节理剪切强度、法向应力和节理面分维的相互关系，建立了能够体现节理粗糙性和节理剪胀效应的节理剪切强度表达式，提出了适用于粗糙节理岩体的库仑强度的修正公式，为更深入、更准确地研究岩石节理剪切强度和岩体结构稳定性提供了新的方法。