二维数字图像分形维数的计算方法

许多情况下分形维数的计算是通过对二维数字图像的分析得到的．针对二维数字图像的特点，探讨了采用盒维数计算其分形维数的方法．数字图像盒维数的计算是基于对像素矩阵的分析进行的，具有数字化的特点，其计算结果的精度与图像大小有较大关系．数字图像盒维数描述了由离散像素点构成的数字图像中关心区域的分布特点，但其物理意义还应结合数字图像所赋存的物理意义加以分析．  

分维——评价矿井断裂复杂程度的综合性指标

矿井断裂网络是一种具有统计自相似性的分形体系．其复杂程度可以用描述几何不规则性的分维来定量评价。本文将分维指标与常用的断裂密度指标进行了对比分析，结果表明，前者不仅包含了断裂条数、组数和水平延伸长度的变化信息，而且包含了断裂分布的不均匀性和组合变化等信息．因此，分维是一种合理、准确评价断裂网络复杂程度的综合性指标．  

低渗透孔隙-裂隙介质气体非线性渗流运动方程

已有的煤层气渗流研究基于达西定律，而实验表明低渗透介质气体渗流为非线性流。采用实验、理论与计算相结合的方法建立低渗透孔隙-裂隙介质气体非线性渗流运动方程。实验结果表明，低渗透孔隙-裂隙介质气体渗流曲线是从较低压力梯度下的凹形曲线至较高压力梯度下的直线，是连续变化的曲线，直线延长线不通过坐标原点，存在拟启动压力梯度。根据该普遍特征，建立了非线性渗流运动方程。其参数量纲与物理意义清楚，运动方程计算的理论曲线与实验结果吻合很好，达西定律是运动方程的特例，运动方程可运用于低渗透孔隙-裂隙介质气体渗流理论及开发计算研究。  

“深部岩体力学与开采理论”研究构想与预期成果展望

国内外深部资源开采发展的现状表明，随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭，深部矿产资源开采已然趋于常态。然而，由于深部岩体典型的“三高”赋存环境的本真属性及资源开采“强扰动”、“强时效”的附加属性，导致深部高能级、大体量的工程灾害频发，机理不清，难以预测和有效控制，传统岩石力学和开采理论在深部适用性方面存在争议。其根本原因在于，现有岩石力学理论都建立在基于静态研究视角的材料力学基础上，已滞后于人类岩土工程实践活动，与深度不相关、与工程活动不相关、与深部原位环境不相关，亟需发展考虑深部原位状态和开采扰动的深部岩体力学新理论、新方法，破解深部资源开采的理论与技术难题。项目以提升中国深部资源获取能力为导向，针对我国深部矿产资源开采将全面进入1000~2000m阶段这一基本现状，凝练了四大关键科学问题：（1）深部岩体原位力学行为与地应力环境；（2）深部岩体应力场-能量场分析、模拟与可视化；（3）深部强扰动和强时效下的多相并存多场耦合理论；（4）深部资源低生态损害协同高效开采理论与技术。并结合关键科学问题的内涵，提出了五大重点研究内容：（1）深部岩体原位力学行为和地应力环境；（2）深部采动岩体力学及多场多相渗流理论；（3）深部采动应力场-能量场演化规律；（4）深部岩体变形监测、安全预警与稳定控制；（5）深部矿产资源生态化协同高效开采理论与技术。最后，将五大重点研究内容细分为九大前沿研究方向：（1）深部岩体原位力学行为研究；（2）深部围岩长期稳定性分析与控制；（3）深部地应力环境与灾害动力学；（4）深部强扰动和强时效下多场多相渗流理论；（5）深部采动应力场-能量场分析、模拟与可视化；（6）深部高应力诱导与能量调控理论；（7）深部采动岩层变形监测预警与控制；（8）深部煤矿安全绿色开采理论与技术；（9）深部金属矿协同开采理论与技术。从而初步构建了深部岩体力学与开采理论研究体系，以期为未来我国数万亿的深部矿产资源开发提供理论基础与技术支撑。  

分形插值曲面及其维数定理

叙述了分形插值曲面的原理，导出了分形插值曲面的计算公式，给出了分形插值曲面的维数估计式；运用分形插值曲面的原理，应用实际数据进行了分形插值曲面的实例研究．  

二维浅水波模型在洪水淹没过程中的模拟研究

为了加强流域防洪风险管理、提高抗洪抢险能力，减少城市因溃堤洪水而造成的人员和财产损失，提出了基于二维浅水波方程的洪水模型。通过在日本富士川流域内甲府盆地的应用，建立起了二维溃堤洪水在都市区淹没过程的计算机模拟模型，结果表明：该模拟模型具有较高的模拟精度和运行可靠性。模型不仅可用于大流域的防洪风险管理，还可以用于研究都市的实时抗洪抢险和人员安全转移方案等研究。  

露天煤体自然发火的试验研究

分析了露天煤体自然发火的原因和特点，进行了煤的氧化试验和野外煤堆自燃的模拟试验，通过对试验测试数据的分析讨论了煤体自燃发生的过程、温度场及CO排放量等的变化规律.所得结果对分析与预测煤体的自燃进程、防治露天煤体的自燃火灾等具有重要意义.  

岩石节理剪切力学特性的光弹实验研究

节理的粗糙性是影响岩石节理剪切力学特性的重要因素。本文以Mandelbrot-Weierstrass函数构造具有分形结构的光测力学模型，在自制的压剪实验装置上进行不同组别的压剪实验，试验结果表明：节理的粗糙性对其位移场、接触特性和剪胀特性均有较大的影响。  

高温后花岗岩力学性质变化及结构效应研究

为了研究高温作用下岩石力学性质的变化与结构晶体学性质变化的相关性，利用MTS815电液伺服材料试验系统，研究了花岗岩在常温至1300℃高温作用下的应力一应变全过程特性，基于日本理学D／Max-3B型X射线衍射仪和晶体学理论，分析了花岗岩经不同温度加热处理产物的物相特征，并将力学实验结果和衍射实验结果进行了对比分析．结果表明：在800℃之前，花岗岩力学性质变化规律不明显，衍射信息没有明显变化；超过800℃，岩样强度迅速劣化，样品衍射强度降低、衍射角度变宽，结构发生脆塑性转变的相变行为；在1200℃，花岗岩基本失去了承载能力，结晶状态变差，结构发生了化学反应．表明岩石组份改变以及结晶态相变是导致高温下岩石力学性质突变的重要原因．  

岩石变形破坏过程中的能量传递和耗散研究

岩石变形破坏的过程是和外界产生能量交换的过程.从理论上分析了用能量方法研究岩石破坏问题的合理性,以及岩石在变形过程中弹性能、塑性能、表面能、辐射能、动能之间相互转化的过程、计算原理、以及对岩石破坏所起的不同作用.并分别从宏观和微观的角度研究了在不同的变形阶段中岩石能量耗散与释放问题.在宏观上,岩石变形前期以弹性应变能的方式存储外界提供的能量,同时又通过损伤演化等向外界耗散能量;变形的后期以剧烈的能量释放为主.微观上,存在多种引起岩石应变硬化和应变软化的机制,岩石存储能量还是向外界释放能量取决于这些微观机制竞争的最后结果,基于此推导了岩石变形中能量的传递方程,用试验研究了能量的转化和平衡,以及耗散能和释放能之间的比例关系.结果表明能量耗散导致岩石强度的降低,而能量释放是造成岩石灾变破坏的真正原因.从能量耗散与释放的观点研究岩石的破坏,可以从本质上把握岩石变形和破坏的物理机理,寻找岩石破坏的真正原因,为实际工程提供参考.