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。     

岩石块度的分形演化模型及其应用

提出一整套岩体块度预测方法.根据岩石分形损伤断裂切割岩块的块度形成机理,利用能量守恒关系,建立了损伤-能量-碎块尺寸理论关系式.为方便应用,将该式简化为块度-损伤演化关系式.提出了适合工程应用的损伤模型建立方法,并将其应用于岩石块度预测.根据块度分布的自相似性,将岩石块度-损伤演变关系式推广应用于岩体块度分布预测.对于节理岩体,计算裂隙损伤变量,利用块度-损伤关系式计算当前岩体块度.作为实例,计算了金川橄榄岩体块度分布.     

破碎岩石物理力学性质的分形度量

本文论述了破碎岩石块度分布分形维数与其物理力学性质的关系，为破碎岩石物理力学性质研究开辟了一条新的途径。     

分形几何学在爆破块度统计中的应用

本文介绍了利用分形几何学的分维数表征岩石爆破破碎块度的统计意义,推导了分维数的求解方法。在实验室条件下采用浇注的混凝土试件代替岩石进行爆破实验,然后应用提出的方法进行了分维数计算。认为分维数是评价岩石爆破块度分布的理想指标,对预期岩石块度的爆破参数设计具有指导作用。     

露天矿排土场散体岩石粒度分布的分形特征

应用分形几何理论研究了露天矿排土场散体岩石粒度分布的分维特征。研究表明：排土场岩石块度分布具有良好的分形结构，分维数大小随着排土场高度的增加而增加，但不超过3，当分形量测尺度一定时，分维数越大，散体中细颗粒含量越多，平均粒径也越小；当维数D一定时，粒级粗细将随分形量测尺度范围发生变化，分维数与散体剪切强度参数之间存在一定的相关关系，分维数是定量描述岩块粒度粗细含量的一个重要的参数，可用于排土场粒度资料的统计分析。图2，表3，参10。     

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。     

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。     

岩石断裂及爆破破碎过程

矿物晶体颗粒使岩石断裂路径产生分形，而爆破裂缝宏观扩展速度及爆破块度分布又决定爆破破碎时间。运用分形理论，研究了岩石孔隙率对断裂速度的影响，分析岩石爆破的破碎过程，建立了岩石爆破破碎时间的计算方法。     

起爆方式的分形理论优选决策

介绍了分形理论及其在岩石爆破破碎过程中的应用, 指出岩石分形维数与岩石所受的压力和作用时间相关联。通过分析反向起爆的特点, 运用分形理论, 得出反向起爆优于正向起爆在于前者产生的平均压力大, 作用时间长, 从而增加了岩石的分形维数, 提高了块度积累率, 减小了大块率。     

煤粉碎粒度分布的分形模型

从自相似分形几何原理出发,建立了煤粉碎粒度分布的分形模型,得到了煤粉碎的分形粒度分布公式。结果表明:煤粉碎的粒度分布维数取决于煤粒的粉碎概率和粉碎相似比,影响煤粉碎粒度分布的因素有煤粉碎的粒度分布维数和煤粉碎后煤粒的最大粒径,煤粉碎的粒度分布维数反映了煤粉碎后煤粉颗粒群粒级的粗细程度。通过分形粒度分布与实际粒度分布的比较,验证了本模型的正确性,可用于指导工程实际。     

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。     

岩石材料初始缺陷的分维数与损伤演化的关系

根据分形理论中分维的概念,建立了基于岩石材料中微元强度分布函数满足Ｗｅｉｂｕｌｌ分布假设的岩石材料初始缺陷的分维数与损伤演化的关系,分析了分维数Ｄｆ的物理含义,并根据实例探讨了基于这一关系的岩石材料的本构关系。     

考虑尺寸效应的裂隙岩体强度损伤力学研究

根据岩体裂隙网络的层次性分布特点, 研究岩体裂隙分形结构的标度不变区间, 以此划分岩体宏观损伤的不同层次。通过确定相对无损尺度, 利用分形结构的标度不变性, 在连续介质损伤力学框架内, 预测岩体强度损伤, 并根据统计强度理论, 预测在荷载条件下岩体强度的损伤演化。研究表明, 岩体强度的初始损伤及其演化存在一定的尺度效应。     

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。     

冻融后花岗岩孔隙发育特征与单轴抗压强度的关联分析

为了研究冻融后岩石的孔隙特征与力学性质之间的关系,对冻融后的花岗岩进行了核磁共振测试和力学试验,分别分析了NMR孔隙度和谱面积与单轴抗压强度之间的关系,并将岩石核磁共振成像结果与力学破坏特性进行了关联分析。研究结果表明：孔隙的发育程度对岩石的力学损伤有重要的影响,岩石的NMR孔隙度和谱面积与单轴抗压强度之间的关系式均为指数分布,岩石内部的孔隙分布情况与其力学性质和宏观破坏特征之间存在一定的联系;采用分形理论对冻融后花岗岩的孔隙发育特征进行了描述,得出了冻融花岗岩孔隙发育的分形维数。分析表明,冻融作用下岩体内的裂隙产生及其演化具有自相似性,分形维数值越大,孔隙越发育,其单轴抗压强度就越小。     

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。     

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。     

粒度分布指数低于0.89的粉碎能耗分维数

利用分形和分维数基本概念,导出粉碎粒度分布的分维数和粉碎比、粉碎概率互相存在的简单关系;从能耗与颗粒表面分维数相关出发,推出单位体积粉碎能耗与粒度分布指数的相关性;同时推出单位体积粉碎能耗的分维数。当粉碎粒度分布的分维数近似小于0.89时,粉碎能耗呈现自然分形的特征。并由实验数据验证推导公式的实用性。