论天然沉积砂卵石粒度分布的分形结构

根据分形几何学理论，研究了我国黄河及陕西省的石头河、冯家山古河道河床天然沉积砂卵石的粒度成分特征，发现在双对数坐标下粒度含量与粒径之间呈直线关系，表明粒度分布具有分形结构，根据直线的斜率ｂ，由公式Ｄ＝３－ｂ可求得相应的分维。计算所得的分维在２．５５～２．８７之间，并讨论了分维与粗粒土级配的关系，提出了以分维Ｄ代替不均匀系数Ｃｕ和曲率系数Ｃｃ作为表征粗粒土级配的指标     

论天然沉积砂卵石粒度分布的分形结构

根据分形几何学理论，研究了甸黄河及陕西省的石头河、河家山古河道河床天然沉积砂卵石的粒度成分特征，发现在双对数坐标下粒度含量与粒径之间呈直线关系，表明粒度分布具有分形结构，根据直线的斜率ｂ，由公式Ｄ＝３－ｂ可求得相应的分维，计算所得的分维在２．５５－２．８７之间，并讨论了分维与粗粒土级配的关系，提出了以分维Ｄ代替不均匀系数Ｃｕ和曲率系数Ｃｃ作为表征粗粒土级配的指标。     

宽级配泥沙分形特性及其输移规律试验研究

为了探寻宽级配泥沙粒度分形特性及其输移规律,通过水槽冲刷试验,分析了床沙和推移质的分形特征,并对不同床沙、不同流速条件下的泥沙粒度分维值进行了定量的计算和对比。结果表明:不论床沙还是推移质的级配都具有良好的统计自相似性,具有分形特征;级配是否连续对于粒度分维值的变化存在显著影响,床沙粗化后粒度分维值变小,且随着冲刷流速的增大,非连续级配时粒度分维值逐渐变小,而连续级配时粒度分维值逐渐变大。推移质粒度分维值与其所对应的中值粒径存在显著的负相关性。     

颗粒级配对非饱和红土土-水特征曲线的影响

颗粒级配是影响土-水特征曲线的主要因素之一,探讨这个问题对研究非饱和土的渗流和强度特性具有重要价值。以江西红土为研究对象,人工配制5组颗粒级配不同的土样,基于分形理论研究其分形特征及其分维数,结合滤纸法试验测量土样的土-水特征曲线并求得其特征值,然后分析各特征值与分维数之间的关系。结果表明:对于不同颗粒级配的土-水特征曲线,同一体积含水率下细土颗粒含量越多的土样其基质吸力越大;粗细土颗粒含量不同的土样均具有较好的分形特征;颗粒级配定量指标均随分维数的增加呈现出先增后减的规律;且分维数随着细粒土含量的减少而降低,进气值和残余基质吸力值均随分维数的增大而提高。说明可运用分维数讨论颗粒级配对土-水特征曲线的影响。     

宽级配卵石推移质输移随机过程的分维研究

深入探讨、分析长江三峡工程上游河道宽级配卵石推移质输移特点及其随机过程，更清楚地认识三峡工程回水变动区河道泥沙运动规律是一个很重要的研究课题。本文应用70年代发展起来的现代数学手段分形（分维）几何学，R／S分析，对长江上游年来沙量过程进行分形特性分析，用R／S分析计算其分形维数，表明长江上游悬沙和推移质年沙量的分形维DH分别为1．321和1．378；赫斯特数H分别为0．679和0．622，均大于0．5，根据分形几何学，R／S分析原理，说明三峡工程上游来沙量发展过程发现为正相关，是具有持久记忆性，周期性的随机过程－分式布朗运动过程，长江上游沙量发展趋势有可能表现为：良性循环或恶性循环”两种，长江上游来沙量必须依靠持久的水土保持治理和水库群拦截，否则会出现恶性循环的可能，文中用分形几何学，R／S分析方法对宽级配卵石推移质输移实测随机过程进行计算，结果表明对测量时间间隔8－9分钟的采样，所获得的输沙率随机过程的分组数DH＝1．47（H＝0．53），接近马氏过程（DH＝1．5），测量时间间隔3分钟的采样，所获得的输沙率随机过程的分维数DH＝1．33（H＝0．67），为非马氏过程，表明过程具有持久记忆性和周期性。     

垂直剖面上玄武岩红土的分形结构

本文借助分形几何理论，探讨垂直剖面上玄武岩红土在加分散剂前后颗粒粒度的分维变化特性。研究结果表明：不论是否加分散剂，红土的颗粒粒度都存在线性分形结构。不加分散剂，存在两个无标度区，沿剖面从上到下，分维值逐渐增大；加分散剂，存在一个无标度区，沿剖面从上到下，分维值逐渐减小。分维值的大小反映了红土中颗粒粒度的变化特点。     

分形理论在北水南调干渠细粒土研究中的应用

分形几何学是以极不规则几何图形为研究对象的一门几何学，分形集的三要素包括形状、随机性和维数。利用分形理论对北水南调干渠中细粒土进行研究，研究结果表明，北水南调干渠中细粒土的强度随粒度分维的增大而增加，并且具有显著的关系。所以，粒度分维可作为评价土体强度等力学参量的一个重要结构参数。     

垂直剖面上玄武岩红土的分形结构

本文借助分形几何理论 ,探讨垂直剖面上玄武岩红土在加分散剂前后颗粒粒度的分维变化特性。研究结果表明 :不论是否加分散剂 ,红土的颗粒粒度都存在线性分形结构。不加分散剂 ,存在两个无标度区 ,沿剖面从上到下 ,分维值逐渐增大 ;加分散剂 ,存在一个无标度区 ,沿剖面从上到下 ,分维值逐渐减小。分维值的大小反映了红土中颗粒粒度的变化特点     

长江口南槽沉积物粒度的分形特性分析

运用分形理论,对长江口南槽沉积物粒度分布的分形特征进行了分析,讨论了沉积物粒度分维值与传统粒度分析参数的关系,指出了粒度分布无标度区分区临界粒径rc的指示意义,提出了用rc来划分悬移质中的床沙质和冲泻质的方法.长江口南槽沉积物样品的粒度分布在大于1.059μm的粒径范围内具有明显的分形特征,分维值的范围在2.384～2.568之间,平均值为2.488;若以粒度分布无标度区的分区临界粒径rc作为悬移质中床沙质和冲泻质划分的临界粒径,则划分长江口南槽悬移质中床沙质和冲泻质的临界粒径在0.954～1.385 μm之间,平均为1.059μm,对应的颗粒的累计质量百分比在4.54%～10.97%之间,平均为8.23%.     

基于连续小波变换的径流分维研究

讨论了径流时间序列的统计自相似性描述指标——分形维数(分维)的连续小波变换系数估计思路，给出了其基本步骤。将该法运用于黄河流域主要水文站年径流的分维计算，同时与极差分析法估计值进行对比，研究表明，建议的连续小波变换分维估计法是可行的。     

固结条件下软黏土微观孔隙结构的演化及其分形描述

利用扫描电镜(SEM)研究软黏土固结前后的微观结构,采用数字图像技术研究软黏土固结过程中微孔隙的大小、数量及其分布的演化规律.基于Sierpinski地毯的分形概念,结合量测数据给出了描述孔隙结构的Sierpinski分维数并研究其差异性.图像分析表明,随着固结压力的增大,软黏土的孔隙度和孔径趋于减小,孔径范围变窄,土体固结过程对孔隙级配具有一定的调节作用.分形研究表明,分维数的数值大小反映了软黏土固结过程中的孔隙度变化,固结压力愈大,孔隙度愈小,分维数愈大.分维数与孔隙度、固结压力、压缩量之间存在较为显著的线性回归关系,并能反映软黏土的结构性特点.研究结果揭示了土体宏观变形与微孔隙结构分形特性之间存在的相关关系,分维数可为软黏土固结变形预测提供依据.     

混凝土中的分形效应初探

将分形几何引入到混凝土研究领域,对混凝土的受压损伤破坏过程和骨料所表现出来的分形现象进行了分析。通过对混凝土裂缝和骨料的分形研究,提出了一种定性描述混凝土破坏过程的方法,根据分形原理导出混凝土骨料分维数和级配的关系,并通过工程试验加以验证。     

聚合物改性水泥混凝土集料分形特征研究

利用分形几何学原理对集料分形特征进行分析,研究了分数维与聚合物改性水泥混凝土(PMCC)集料级配、振实空隙率、强度及刚度性能的相关联系。研究结果表明,分数维与集料级配、空隙率具有较好的线性关系;分数维与PMCC强度、刚度性能的内在联系并不明显,但当分数维D为2.394时,PMCC的抗折强度与折压比均出现最大值,D≥2.394时,其弹性模量减小幅度显著增加。利用集料分数维实现对集料级配及PMCC性能的定量描述,可为PMCC的组成设计与性能研究提供一种新方法。     

粗粒填料土分形特征与可压实特性相关性研究

粗粒料填土因其压实性好、透水性强、抗剪强度高而被广泛作为路基填料,其颗粒组成是影响可压实性的主要因素。以沪昆客运专线施工现场采集的数十组路基粗颗粒填土为研究对象,首先分析其是否满足分形特征,然后应用分形理论研究其质量分维数与可压实性之间的相关性。结果表明,当分形维数在一区间范围内时,粗粒土可压实性能良好,超过这一范围后,压实性能下降。可采用分形维数作为评价粗粒料填土级配的指标。     

黄河泥沙架桥絮凝聚集体的分形

处理含沙量在20～30kgm3以上的高浊度水,必须采用高分子絮凝剂进行固-液分离。在这些工艺中架桥絮凝是最常见的颗粒凝聚机理。然而,对有关架桥絮凝体的构造特性知之甚少。本文采用沉降技术并结合黄河泥沙架桥絮凝体的电镜照片,对絮体分形特征进行了研究。从沉降实验数据求得稳定态泥沙絮体质量分维D3=1930±005,这表明絮体具有高度多孔的分形构造。运用分维模型及图像处理技术得到的二维分维值D2证明,如果假定所有的泥沙絮体在层流范围沉降,则会低估了质量分维值。     

考虑级配参数空间变异性的堆石坝随机有限元分析

为研究堆石料级配参数的空间变异性对堆石坝坝体有限元计算结果的影响,以某面板堆石坝工程为例,结合施工填筑检测资料,基于Cholesky分解法实现堆石料分形维数的对数正态随机场模拟,结合考虑级配效应的堆石坝有限元分析方法对坝体力学响应进行研究,并与坝料分区采用单一级配假定的确定性有限元计算结果进行比较。结果表明:堆石料级配曲线基本满足分形分布,分形维数D可较好地表征堆石料级配特性。当随机模拟至200次时,坝体各响应值达到统计稳定,且堆石料级配的分形维数满足对数正态分布时,计算出的坝体应力变形基本满足正态分布。与坝料各分区参数采用单一级配假定的确定性有限元相比,随机性有限元的变形和应力均偏大,计算结果偏于安全,两者相对误差在2%~7%,如果不考虑堆石料级配参数的空间变异性,会在一定程度上低估坝体变形和应力。     

基于分形理论的人工骨料比表面积计算方法——以白鹤滩水电站为例

分形理论目前已经越来越广泛地应用于岩石力学问题中。骨料比表面积常可通过图像处理技术计算得到,但操作步骤繁琐,存在一定误差,且无法将骨料比表面积和骨料级配联系起来。基于分形理论,对骨料的粒径分布、级配、体积、表面积进行相关分析,推导出了一种骨料比表面积计算方法。结合白鹤滩水电站旱谷地料场人工骨料,计算了不同级配粒径成品料的比表面积。结果表明：80~150,40～80,20～40,5～20 mm级配成品料比表面积分别为22.57,30.75,60.44,15006,计算值与实测值较为吻合;骨料粒径对骨料分形维数和比表面积都有较大的影响,级配骨料越细,其比表面积越大,两者呈幂函数相关;计算结果与软件处理结果误差为10%左右,说明利用分形理论可准确计算人工骨料的比表面积。     

黄河高浊度水的絮凝形态学特性

在黄河泥沙高浓度悬浊液中投加阳型高分子聚合物进行沉降试验时，借助电镜观察、图像分析技术与“分维”特征参数，探讨了不同絮凝阶段含沙高浊水絮凝形态学参数的变化规律。结果表明：分形絮体的粒径呈广义的正态分布；絮体自由沉速的变化规律不能用传统的Stokes定律解释；不同泥沙浓度对应的絮凝形态学特性的发展变化规律相似；理想絮体分形结构出现在絮凝过程的中间时段，此时，絮体粒度分布集中、密实程度高、孔隙率小、沉速快、分维值最大。     

弯曲河段床面粗糙高度的分形研究

根据水槽试验的结果,从河床表面物理形态特征入手,分析了粗糙高度k_s与河床表面分形维数D的关系,并进一步分析了D与糙率系数n的关系。结果表明床面粗糙高度k_s可通过床面三维起伏度r来表达,r与D之间遵循幂指数的增长关系,即k_s与D之间定量函数关系式可通过幂指数函数表达。因此描述n与D之间的定量函数关系也可进一步建立起来。在忽略其他影响因素的条件下,床面形态分形维数D和水流条件R均会引起糙率系数n值的变化,两者作用效果相反。因此n值的变化趋势取决于两者之间的对比关系;同时公式中的两系数a、b的变化对n值的变化亦存在相反的作用,但系数b的影响远大于系数a的影响。     

两种典型级配基土-滤层渗滤系统的颗粒流模拟

基于颗粒流理论和流固耦合效应,利用PFC^3D程序内置的FISH语言编程,建立基土-滤层渗流模型,针对具有不同级配特征的管涌型土(连续级配、间断级配),分别进行不同层间系数情况下的系列数值模拟试验,分析渗滤系统中基土、滤层及两者界面处的孔隙率、渗透率、基土流失百分量等参数随渗流作用时间的演化过程,并分析和评估渗滤系统的保土性和透水性。结果显示对应于不同级配特征的管涌土,其基土-滤层渗滤系统的层间系数值(D₁₅/d_85*)都存在一个最优范围,当层间系数值在该范围内时,由基土-滤层构成的渗滤系统沿渗流方向的透水性逐渐增大,表现出良好的保土性与透水性;连续级配特征的基土自反滤能力较强,其最优层间系数值的范围较宽,而间断级配特征的基土最优层间系数值的范围较窄。