不等概率分形破碎及有限尺度破碎体分形

本文讨论了破碎体两种分形分布的一致性,有限尺度破碎体分形的几个特征及不等概率分形破碎等问题。证明,尺度范围足够宽时,两种分形是互为近似的,且其粒级可以是更大尺度范围内的任一段;尺度范围不变时,分形维数不仅反映粒度分布,还决定粒组的粗细;一般情况下,满足分形分布的破碎不一定是等概率的破碎．Ｄ＞３时,必然是有限破碎。Ｄ＜３时,也可能是破碎有限的,决定于初始破碎后的坚固单元与易碎单元的数量分配。最后给出了某些情况下推断实际分形破碎过程的方法。     

岩石风化程度特征指标的分析研究

岩石风化程度的划分及工程特性研究，对于工程基础面高程的选择以及工程环境或工程材料的利用具有重要意义。关于岩石风化程度划分目前多是采用工程地质定性评价方法，依赖定性的不确定判据进行岩石风化程度划分带有很大随意性。因此，研究和发展定量分析评价方法是必要的。岩石经过风化作用，形成的风化裂隙具有无方向性、不规则发育等特点，与构造作用形成的微裂隙有着本质区别；风化作用改变了岩石的矿物成分，岩石在风化过程中表现出来的阶段性，反映了岩石的不同风化程度。基于对风化岩石显微裂隙的发育状况及其次生充填特点、长石蚀变性质、粘土矿物成分变化等定性资料的分析研究，给出了定量化的统计，建立了岩石风化程度划分的判据。给出的定量指标很好地反映了风化岩石质量，且与反映岩石风化程度的一些物理力学指标存在良好相关性。     

破碎概率与分形维数

讨论了破碎体２种分形分布的一致性,有限尺度破碎体分形的几个特征及不等概率分形破碎等问题．证明：尺度范围足够宽时,２种分形是互为近似的．且其粒级可以是更大尺度范围内的任一段;尺度范围不变时,分形维数不仅反映粒度分布,还决定粒级的粗细;一般情况下．满足分形分布的破碎不一定是等概率的破碎．Ｄ≥３时,必然是有限破碎．Ｄ＜３时,也可能是破碎有限的,决定于初始破碎的坚固单元与易碎单元数量分配．给出了某些情况下推断实际分形破碎过程的方法．     

岩石破坏声发射平静期及其分形特征研究

 通过岩石加载的室内试验方法,测试不同岩石破裂全过程的力学特征及其声发射特性,得到岩石破坏全过程力学特性——岩石的全应力–应变曲线、声发射事件累积数、声发射事件率等相关曲线及参数,给出声发射事件数、事件率与应力水平、时间之间的关系。着重讨论一次性加载过程中塑性变形阶段明显的岩石在加载接近峰值强度时单位时间内的应力增长速度减小,也即这一阶段出现明显的“耗时”现象;并且在此阶段监测到的声发射事件率出现明显下降,出现声发射相对平静阶段;而对于塑性变形阶段不明显的岩石来说,这一阶段则基本不存在明显的“耗时”现象,声发射的监测中也没有发现声发射相对平静期现象。另外,还运用分形理论,研究分析处于不同加载应力比的岩样在各个阶段的声发射分形维数,特别是研究声发射平静期维数变化情况。指出在加载初期分形维数处于较低值,且分形维数随加载应力增加而逐步增加;在加载到峰值应力的40%左右时,分形维数开始下降;在加载接近到峰值应力时,即处于声发射平静期阶段时分形维数逐步降到最低,且此时预示着岩石的破坏。此外,结合室内试验,还对现场岩体失稳破坏声发射监测中的一些实际问题进行总结和分析,为更好地应用声发射手段进行岩体稳定性现场监测预报提供理论依据、方法和手段。     

岩石裂纹的分形特性及岩爆机理研究

给出了单轴压缩下岩石破坏过程中裂纹维数的测量结果,讨论了分形维数值与岩石组成及应力状态之间的关系,并根据这一结果对岩石岩爆过程的机理进行了分析。     

漳州沿海岩石的风化规律及存在的工程地质问题

本文对不同岩性岩石的风化规律及存在的主要工程地质问题的分析研究,并且提出预防和处理的措施建议,可为工程规划建设和基础设计提供依据。进而消除或者降低风化岩土工程地质问题给岩土工程带来的危害。     

分形理论的应用及岩石破裂面的分形研究

在岩体工程中,分形理论主要应用在岩石破裂面的定量分析、损伤破坏演化规律研究和岩爆碎屑分布特征分析等方面。本文运用分形理论进一步对大理岩破裂面进行研究,采用数字投影栅线技术替代惯用的激光扫描仪测量岩石破裂面的三维形貌,并结合改进的立方体覆盖法对破裂面进行定量分析。结果表明,数字投影栅线技术的三维扫描结果可以用于计算岩石破裂面的分形维数,根据扫描结果采用改进的立方体覆盖法定量分析大理岩破裂面时,只有观测尺度小于4.2mm时破裂面才表现出分形特性。     

分形理论在岩石力学中的应用研究动态

分形几何用于定量描述复杂的自然现象和不规则事物已有许多成功范例,它较好地描述了岩石力学中的不规则性和不确定性,并在岩石力学中得到较好的应用。综述分形几何在岩石损伤、岩石微破裂过程、岩石断裂分布、岩体裂隙分布及岩石受力分析等多方面的最新研究成果。     

岩石节理表面三维形貌特征的分形分析

 利用高精度三维表面形貌测试仪Talysurf CLI 2000对节理试件表面进行扫描,将表面粗糙形状进行数值化表达并实现节理面的三维可视化。在此基础上,运用分形几何理论对节理表面三维形貌特征进行分析,得出节理剖面线的分形维数与JRC之间的函数表达式。以单个节理面为研究对象,探究节理表面分形维数与剖面线分形维数以及JRC之间的关系,这对分形几何理论在节理表面形态研究中的深入应用有重要意义。     

旋转钻井中岩石破碎能耗的分形分析

 通过旋转钻井中破碎岩石的能耗分析,应用分形岩石力学理论,从钻井过程中钻头破碎岩屑的粒度分布、能量耗散等角度,建立旋转钻井中钻头破碎岩石所需能量的分形描述模型,详细分析影响钻头破碎岩石能耗的因素。该模型显示出旋转钻井岩石破碎能耗不仅与钻压、转速等钻井参数关,还与地层岩石破碎体的尺度和粒度分布分形维数等因素有关。应用该模型不仅可以确定钻井过程中破碎岩石所需的能量,还可以反演计算,根据所需岩石的破碎能量优选钻进参数。将所建立的模型进行适当简化,可得到经典岩石破碎比功三大学说表达式,说明该模型具有一定的普遍性。     

岩石损伤和破碎相关性的分形分析

应用先进的实验技术和分形几何方法研究了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着较强的相关性,可以用分形几何来定量地表征。这意味着有可能通过分析岩石结构中初始缺陷分布,来预测岩石破碎后碎块的尺度分布规律,为岩石破碎理论研究新的途径。     

沉积岩土粒度分布分形模型改进及应用

水流对岩土粒度的搬运主要有翻滚推移和悬浮2种方式，翻滚推移搬运物无论是粒度分布还是沉积规律都与悬浮搬运物差异很大，因此2种搬运方式所携带的物质沉积生成2种具有不同分形特征的沉积物，且沉积岩土可为2种具有不同分形维数沉积物的混合物。目前常用的粒度分形模型尚未考虑到这种情况，应用到岩土粒度分布描述时存在较大的误差。在常用模型的基础上，建立针对沉积岩土粒度分布描述的改进分形模型，并对模型参数的物理意义进行验证。与常用模型分形维数相比，成因不同的沉积岩土中悬浮搬运成分的分形维数值差别更为显著，该分形维数能更好地反映不同岩土沉积环境及其粒度分选程度。最后，将该模型应用于湖南红层软岩崩解性差异分析，取得较好的效果。     

石材裂纹扩展分形特性

 利用楔形劈裂试验系统观测石材裂纹起裂与扩展,利用应变片系统量测出试件在不同加载速率下裂纹尖端附近裂纹扩展速度的分布及其分形特性。所得结果如下：在考虑不同加载速率下,得到在静态或准静态加载条件下试体的断裂韧性基本上变化不大;但加载速率愈快,裂纹扩展实测平均速度愈高。考虑分形特性,在相同加载速率条件下,所得分形维数越大,则分形裂纹速度也越大,这与理论推导是相符的;分形维数与相关参数(断裂韧性、加载速率)的关系,在静态或准静态加载下近似为一个常数关系。     

石材裂纹扩展分形特性

利用楔形劈裂试验系统观测石材裂纹起裂与扩展,利用应变片系统量测出试件在不同加载速率下裂纹尖端附近裂纹扩展速度的分布及其分形特性。所得结果如下：在考虑不同加载速率下,得到在静态或准静态加载条件下试体的断裂韧性基本上变化不大;但加载速率愈快,裂纹扩展实测平均速度愈高。考虑分形特性,在相同加载速率条件下,所得分形维数越大,则分形裂纹速度也越大,这与理论推导是相符的;分形维数与相关参数（断裂韧性、加载速率）的关系,在静态或准静态加载下近似为一个常数关系。     

软岩蠕变理论及其工程应用

地下工程的施工经常遇到软岩。这类岩体抗压强度较低，具有明显的流变特性，蠕变变形量较大，常造成支护的失稳和破坏。在分析地下工程的稳定性或对地下结构设计时，应充分考虑这一特性，按流变力学理论进行分析和设计。通过现场取样，采用自行研制的重力杠杆式岩石蠕变试验机，并配备三轴压力室，对泥岩进行了三轴蠕变试验。试验结果表明，泥岩的蠕变具有非线性。根据试验结果，建立了泥岩的非线性蠕变方程。根据上述非线性蠕变方程，分析了围岩的应力场和位移场，并对不同支护强度和应力状态下的蠕变变形进行了系统的分析。理论研究结果表明，控制围岩过量蠕变变形的根本途径是改善围岩应力状态，适当提高锚杆或锚索的初始预应力，从而为有效控制深部开采时围岩的有害变形提供了理论依据。     

岩体裂隙面数量的三维分形分布仿真理论与技术

以岩体裂隙面数量分布具有分形特征为基础,建立了岩体裂隙面数量的三维分形分布仿真模型,并采用 VisualC 6.0 开发出岩体裂隙面数量的三维分形分布仿真系统。利用该仿真系统可方便地研究岩体内部任意剖面的裂隙迹线分布特征以及任何子块内裂隙面的分布特征,为岩体工程稳定性及其应力分布分析带来了极大的方便。     

岩体弹塑粘损伤力学模型及其工程应用

由于岩体受开挖卸荷作用，导致岩体损伤以及质量的进一步裂化，因此，有必要考虑岩体的损伤蠕变。将岩体损伤作为一种元件来考虑，将其和弹性元件、塑性元件和粘性元件串并联建立一种岩体弹塑粘性损伤力学模型。根据建立的力学模型，推导模型的本构方程，分析其蠕变特性，并得到该模型的等效蠕变模量的计算式。将其应用于工程实际中；并将所得结果与实测数据进行比较，其变形趋势相近。     

岩体粘弹性本构模型辨识及其工程应用

探讨从各种粘弹性本构模型中如何确定最佳模型问题。将实际工程岩体视为一个复杂系统,施工中实测获得的岩体随时间的变形视为系统的输出响应。基于解决复杂系统等价数学模型的一般原理,运用最小二乘法、非线性最优化技术和拟合度检验法,提出从粘弹性本构模型的一般通式中来确定具体条件下最佳模型的方法;继而用辨识得到的本构模型对三峡工程高边坡稳定性进行预测预报分析,达到理论分析与指导实际工程紧密结合的目的,从而表明该研究方法的可行性和具有潜在的应用价值。