分形几何在岩土工程中的应用

分形几何主要研究自然界不确定性的因素.水电工程与岩石、土及混凝土材料紧密联系,而土与岩石中存在大量分布不规则的裂隙或孔隙,因此,分形理论用于研究岩土工程具有一定的价值.     

分形几何在岩土工程中的应用

分形几何是近代提出的一个新概念,主要研究自然界不确定性的因素,在各行各业得到广泛关注。水电工程多与岩石、土及混凝土材料紧密联系,而土与岩石中存在大量分布不规则的裂隙或孔隙。针对上述原因,利用分形理论研究岩土工程,具有一定的意义。     

分形理论在岩土工程中的应用

分形理论从确立至今已有20多年,将分形理论应用于解决岩土工程问题已逐渐完善.归纳了分形理论研究的几种常用方法,总结了前人在相关领域的研究成果,并对其在岩土工程问题研究中的土的微结构分形、节理表面的分维、分维和岩石质量系数(RQD)间的关系、分形损伤以及分形断裂等方面的应用作了详细阐述.     

分形节理抗剪强度尺寸效应的数值试验

为了研究岩石节理抗剪强度参数取值中的尺寸效应问题,采用随机分形方法,重构了岩石节理剖面线,在此基础上,应用数值直剪试验方法,研究了不同分维值岩石分形节理抗剪强度参数随节理尺寸的变化规律.数值直剪试验结果表明岩石分形节理存在消除抗剪强度参数尺寸效应的临界节理尺寸(CJS).以分维值为1.1,1.2,1.3的岩石分形节理为例,得出其抗剪强度参数CJS分别为60,70,80 cm.节理剖面线分维值越大,分形节理抗剪强度参数的尺寸效应就越显著,临界节理尺寸也越大.     

基于图像处理技术的岩石裂纹演化及其多重分形的研究

用VC++开发岩石CT图像处理程序,提取岩石CT图像中的重要信息特征,并结合多重分形理论对岩石断裂破坏过程中的微缺陷进行了量化表达.结果表明,通过多重分形谱能够全面反映出岩石断裂破坏过程中微缺陷分布的完整信息,从而为进一步研究岩石断裂破坏奠定理论基础.     

基于分形理论的岩石断面表面形貌研究

通过岩石的三点弯曲试验与激光表面仪扫描试验获取岩石断面的三维坐标,基于分形维数计算的基本理论——表面覆盖法,探讨了大理岩与花岗岩两类岩石粗糙断面的分形特性。研究结果显示:分形维数与分形截距是描述粗糙断面性质的几何参数,分形维数揭示了表面粗糙度,分形截距表征了断面波形坡度,二者相得益彰。但是,维数对表面粗糙性的区分度小。     

岩石可钻性分形法的检验与评价

为满足优质高速钻井的要求,需要对岩石可钻性做出更加精确的观测。利用分形几何理论,研究了钻井过程中岩石破碎机理及形成过程,提出了一种以井底返出的岩屑为对象的岩石可钻性测试方法。室内实验表明:微钻头岩石可钻性级值和岩石压入硬度值与破碎岩屑分形维数存在明显的相关性,由此制定了一个基于岩屑粒度分布分形维数表示的岩石可钻性预测指标。经现场实验检验,分形法确定岩石可钻性级值具有很高的精度。这表明钻井过程中上返岩屑的分形维数能反映岩石可钻性程度,可以用分形维数衡量岩石可钻性大小。     

岩石爆破块度分布的分形与分维

应用分形几何理论研究了岩石爆破块度的分形特性，发现岩石的爆破块度分布具有良好的分形特性。建立了爆破块度分维数与爆破参数的关系。由此可进行岩石爆破参数的优化和爆破块度的预测。     

岩石爆破块度分布的分形结构

应用分形几何理论研究了岩石爆破块度的分形特性，发现岩石的爆破块度具有良好的分形结构。建立了爆破块度的分维数与爆破参数的关系。由此可进行岩石爆破后的块度估算，爆破块度的预报和爆破参数的优化。     

试论我国岩石力学的研究现状与发展动向

从岩石力学试验、本构理论、岩石损伤力学、分形岩石力学、数值计算方法、计算机技术在岩石力学中的应用等方面对我国岩石力学的研究现状进行了分析研究,并进而对我国岩石力学发展的新动向进行阐述.     

非均质岩石单轴压缩试验破坏过程细观模拟及分形特性

为了细观模拟非均质岩石试样单轴压缩试验的破坏过程,提出了一种新的有限元数值模拟方法。该方法以莫尔-库仑破坏准则为基础,将岩石视为非均质和准脆性材料,并假定岩石单元的抗剪强度参数服从正态分布。有限元细观模拟结果表明,岩样非均质性对本构关系曲线形状有显著影响,模拟的应力-应变曲线与试验曲线基本吻合。基于分形几何理论,采用计盒维数方法计算单轴压缩试验不同荷载条件下的岩石破坏分形维数,建立了分形维数与顶部位移之间的非线性演化模型。分形分析研究表明,岩石试样的破坏过程具有分形特性,分形维数可用来定量地表征单轴压缩试验岩样破坏过程。     

裂隙岩体损伤断裂分形研究

介绍了岩石内部含有大量的微观、细观缺陷损伤,是影响岩石力学性质的重要因素。分形几何是定量描述岩石材料损伤断裂宏观、细观、微观力学行为的有力工具。与其它方法相比,分形理论在研究岩石类材料损伤方面具有定量化、直观、方便、易于掌握等特点。对裂隙岩体损伤断裂分形研究现状、基本概念进行了总结,并对发展前景进行了展望。     

分形节理抗剪强度尺寸效应的数值试验

为了研究岩石节理抗剪强度参数取值中的尺寸效应问题，采用随机分形方法，重构了岩石节理剖面线，在此基础上，应用数值直剪试验方法，研究了不同分维值岩石分形节理抗剪强度参数随节理尺寸的变化规律．数值直剪试验结果表明：岩石分形节理存在消除抗剪强度参数尺寸效应的临界节理尺寸（CJS）．以分维值为1．1，1．2，1．3的岩石分形节理为例，得出其抗剪强度参数CJS分别为60，70，80cm.节理剖面线分维值越大，分形节理抗剪强度参数的尺寸效应就越显著，临界节理尺寸也越大．     

岩石损伤和岩石破碎的相关性

本文应用分形几何方法描述岩石损伤与岩石破碎，结果表明，岩石初始损伤与岩石破碎有很强的相关性，可以用分形几何很好地表征。     

岩体裂隙间距的分形特征

本文依据某露天矿花岗片麻岩体中裂隙间距的扫描线实测数据，采用分形理论表征裂隙间距的分形特征，并研究了分形维数与裂隙频率、分形维数与岩石质量指标的相关性。     

分数维在研究砂岩力学性质中的应用

本文介绍了笔者运用分形几何学原理和方法研究砂岩粒度、孔隙的分形特征。通过对煤层顶板砂岩镜下鉴定、分形维数统计计算分析，验证了砂岩粒度、孔隙自相似规律的存在，并初步探讨了砂岩粒度分形维数、孔隙分形维数与岩石抗压强度间的相互关系。其结果为应用岩石组构的分形特征分析顶板稳定性提供了可能。     

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。     

岩石节理粗糙度的分形理论与方法综述

近年来，分形理论已被广泛应用于众多的学科领域。在岩石力学中分形的应用已经取得了显著的成果。分形的理论与方法已受到越来越多的应用学科的专家和学者们的关注。本文着重讨论分形的概念、岩石节理粗糙度的分形研究方法、实验手段和研究成果。     

岩石损伤和岩石破碎的相关性

本文应用分形几何方法描述岩石损伤与岩石破碎，结果表明，岩石初始损伤与岩石破碎有很强的相关性，可以用分形几何很好地表征。     

分数维在研究砂岩力学性质中的应用

本文介绍了笔者运用分形几何学原理和方法研究砂岩粒度、孔隙的分形特征。通过对煤层顶板砂岩镜下鉴定、分形维数统计计算分析，验证了砂岩粒度、孔隙自相似规律的存在，并初步了砂岩粒度分形维数，孔隙分形维数与岩石抗压强度间的相互关系。其结果为应用岩石组构的分形特征分析顶板稳定性提供了可能。