花岗岩变形破坏过程中不同细观组分的分形特征

岩石变形破坏过程取决于不同细观组分的变化,可以用分形特征来反映。根据单轴压缩试验时拍摄的试验视频,把花岗岩变形破坏过程分成变形阶段、破坏时裂隙较少、破坏时裂隙较多等三个阶段,采用阈值分割法得到不同组分的实际分布,采用盒维数法计算简单分形维数,采用广义和多重分形谱分别表征广义和多重分形维数,研究了不同细观组分分形维数的变化情况。结果表明,在变形阶段,黑云母和长石简单分形维数基本稳定、但石英的变化较大,长石和石英不均匀指数基本稳定而黑云母的变化较大;在破坏阶段、裂隙较少时,黑云母和石英简单分形维数突然增大、但长石的却突然减小,黑云母不均匀指数和形状指数突然减小、但长石和石英的却突然增大;在破坏阶段、裂隙较多时,三种组分的形状指数变化都较大。研究成果对分析岩石变形破坏机理具有一定的参考价值。     

粗粒土压实特性及颗粒破碎分形特征试验研究

对多个级配不同含水率的粗粒土进行击实试验,研究粗粒土的压实特性和颗粒破碎分形特征。结果表明,粗粒土最大干密度随级配中粗粒含量的增大而增大,当粗粒含量P5=70%时,最大干密度出现最大值;当P5＞70%时,最大干密度又随粗粒含量的增大而减小,粗粒土击实破碎后的粒径分布具有良好的分形特性,破碎分形维数为2.279 0～2.892 2,均大于击实前粗粒土粒度分形维数;相同级配条件下,粗粒土破碎分形维数随含水率的增大而增大,且粗粒含量P5＞50%时,增幅显著;粗粒土破碎分形维数D与破碎率Bg存在良好的线性关系,且击实前后粗粒土粒度分形维数差值能客观表征颗粒破碎的程度;粗粒含量和含水率是影响颗粒破碎率的两个重要因素,但相对于含水率而言,粗粒含量对破碎率的影响更加显著。     

花岗岩电镜扫描图像二值化阈值对分形维数影响的研究

电镜扫描应用于岩土工程研究,能观察到岩石的细观结构,从另一个视角揭示岩石力学机理。分形维数是对岩石表面不规则、非线性裂纹裂隙的定量描述,是一个重要的参数指标。本文首先通过花岗岩电镜扫描实验,获得了花岗岩细观图像;其次研究不同二值化阈值下的图像和分形维数,结果显示分形维数随二值化阈值增大而减小;最后,对比迭代法、双峰法和Otsu法三种求最佳二值化阈值方法,表明Otsu法简单易行,得到的图像能反映岩石表面细节,求出的分形维数具有参考对比价值。因此将Otsu法图像二值化阈值得到的分形维数作为对比参考的标准,对岩石细观研究具有重要的参考价值。     

岩石碎裂作用的分形尺度(英文)

各种各样的统计幂定律关系经常成功地被用来描述碎屑大小分布和断口形状 (不平整度 )的分级规律 ,表明碎裂作用是一种尺度不变的作用过程。一条新的有关岩石碎裂作用破裂能量的尺度律 ,可以由分形几何以及Griffith能量平衡的概念推导出来 ,而且它与先前三条关于大小缩减或Hall Petch关系的理论是相一致的。从材料强度的观点来看 ,断口形状的分形维数是形状因子和岩石Weibull均质系数的函数。在任何一次采集中 ,如果碎屑都是致密压实的 ,那么大小分布和碎屑不平整度的分形维数是相同的。然而有些地壳碎屑在三维体积上已不再是致密压实的 ,破裂的地壳可被当作分形的多孔物质来处理。在此情况下 ,地壳碎屑形状的分形容量与地壳断口大小分布的分形维数相关 ,可以预期 ,在大地构造及地震强度的分形分析中 ,地壳断口大小分布的分形维数可作为断裂制约条件之一。     

黑龙江镜泊湖地区蛤蟆塘火山空落堆积物形成机制研究

火山碎屑物的粒度、粒形和分布特征蕴含着其形成机制和喷发的环境信息。基于镜泊湖地区蛤蟆塘火山的一个空落堆积剖面的野外地质和岩相学,以粒度分析和分形理论定量研究了火山碎屑物的粒度分布、粒形几何及其分形特征。蛤蟆塘火山空落碎屑粒度分布均为单峰式,由岩浆爆炸形成的空落浮岩粒度峰值较小,而由射气岩浆喷发形成的含细花岗岩碎屑夹层的碎屑粒度峰值较大。空落浮岩颗粒的类球度、长宽比和凸度都小于含细花岗岩碎屑夹层的数值,表明空落浮岩颗粒相对不规则的特点。利用多段幂律方法拟合了蛤蟆塘火山空落碎屑颗粒分布规律,发现空落浮岩颗粒存在四个幂律分布段（即对应四个分形维数）,这是由于岩浆初始破碎、火山通道内的二次破碎以及风力筛选作用等造成的;含细花岗岩碎屑夹层的碎屑分布有两个幂律分布段（对应两个明显不同的分形维数）,即浮岩和花岗岩碎屑的形成是因不同破碎机制造成的。     

跨海峡海底隧道风化槽围岩力学特性研究

厦门海底隧道工程是我国建设的第一条海底公路隧道。隧道在建设过程中穿越F1～F4 四条断层破碎带,破碎带处洞体围岩软弱、破碎,岩石主要为风化破碎类花岗岩,该类岩石尤其是强风化花岗岩强度低,压缩性高,自稳和自承能力差,给隧道衬砌结构的设计和施工工艺的选择带来一系列特殊的问题。通过对风化破碎类花岗岩（主要包括微风化花岗岩和强风化花岗岩）试样进行一系列的室内试验,重点研究风化槽花岗岩的力学行为。强风化花岗岩三轴压缩试验及流变试验表明：强风化花岗岩强度低、变形大、弹性模量低,在达到峰值后,有明显的塑性流动,通过Mohr-Coulomb准则得到强风化花岗岩的摩擦角 约为31°,黏聚力约为0.1 MPa,且该岩石具有明显的流变特征。在流变试验的基础上,建立适合风化槽围岩特点的流变力学模型。其研究成果为海底隧道风化槽隧道围岩注浆加固和衬砌设计提供可靠依据和技术支撑。     

西南某水电站坝址区风化花岗岩工程地质性质分析

文章对西南某大型水电站坝址区深厚层全风化和强风化花岗岩进行研究。将全、强风化花岗岩物理、水理及力学性质与新鲜岩体相应性质进行比较,并分析了花岗岩风化后吸水性增大、岩体软化、抗压抗剪强度减小的成因。对强风化花岗岩与新鲜花岗岩抗压强度进行了比较;拟合了风化花岗岩弹模、变形模量值与新鲜花岗岩相应模量的变化百分比关系曲线。研究结果表明：强风化花岗岩的干抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/3,湿抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/5;岩体弹性模量和变形模量与岩体的风化程度成反比例线性关系。     

川中大安寨段灰岩裂缝分形特征及孔隙结构模型

通过对川中大安寨段介壳灰岩中裂缝进行非常规自相似特征分析,探讨了裂缝及储层岩石孔隙结构的分形特征,认为岩石中的裂缝和孔隙都是复杂的分形体,运用实际资料证实了这种分形体的长程相关性,定量计算出分形维数,该维数可以作为定量评价单井裂缝发育程度的重要参数,以此为基础,提出了新的孔隙结构模型－阶梯状孔隙结构模型。     

某大型水电站坝区岩体风化分带定量划分初探

岩体风化程度的划分对岩体质量的准确分级及建基面的确定具有重要意义。但定性划分岩体风化程度往往受到主观因素的制约,存在评价时的任意性,且不能客观反映岩体风化的本质特征。而选取一些能反映岩体风化特征的指标对岩体进行风化量化分级,则较为准确、客观。论文结合西南某大型电站基本情况,根据国内外的研究成果,选取岩石质量指标（RQD）、裂隙间距（D）、波速比（Bv）、完整性系数（Kv）、岩石单轴抗压强度及2m硐段裂隙数等适合坝区岩体定量风化分带的特征指标,对主要指标进行相关性分析。最后根据选定指标定量划分出坝区岩体风化分带,以期对类似工程有一定的指导意义。     

灰岩拉伸过程中细观结构演化的分形特征

岩石损伤演化的本质在于内部微细观结构发生了不可逆的劣化,它会在岩石表面体现出来。通过带扫描电镜的伺服试验机对岩石进行了拉伸试验,实时采集了岩石变形破坏过程中表面细观形貌的SEM照片。试验表明岩石在变形破坏过程中表面形貌将发生不可逆的演化直至最终出现宏观拉伸裂纹。针对SEM照片,借助数字图像处理的方法进行了阈值分割及边缘检测,计算出SEM数字图像的分形维数作为描述岩石表面细观形貌的参数。研究表明,随着载荷的增大,岩石表面的分形维数也逐渐增大,岩石的损伤程度加剧。     

香港风化花岗岩细观结构研究方法

应用光学显微镜和Qwin图像分析系统,对风化花岗岩的微观结构进行了定量分析,介绍了包括含量、粒度、方向孔隙度、形状系数、定向性等定量指标。根据分析的结果指出,香港地区九龙观塘花岗岩为中风化至强风化细粒花岗岩,石硖尾花岗岩为强风化粗中粒花岗岩。     

冻融循环下含节理类岩石试样剪切破坏特性

为探究冻融循环对节理岩石抗剪力学特性的影响,针对冻融循环前后不同连通率节理岩石试样进行剪切特性试验,探究了节理试样的剪切破坏机制,对比分析了冻融前后节理试样抗剪强度的衰减趋势,分析了黏聚力及内摩擦角随岩石试样剪切破坏面分形维数的变化规律。结果表明：随冻融循环次数的增加,节理试样剪切应力-位移曲线发生显著变化,峰值剪应力出现明显下降,黏聚力及内摩擦角对比冻融前试样出现明显劣化,并且随节理试样连通率的增加,劣化程度加剧;在节理连通率相同时,随冻融循环次数的增加,剪切破坏面的分形维数呈现近指数函数递增的趋势,随分形维数的增加,节理试样的黏聚力损伤因子、内摩擦损伤因子也呈现指数函数增加的趋势;在冻融循环次数相同时,内摩擦角损伤因子随节理连通率的增大呈先减小后增大的趋势,而黏聚力损伤因子在冻融循环次数为30次前后分别呈递增和先减后增的趋势。     

崂山山顶风化坑化学风化过程的岩石化学与矿物学证据

2011年5月对崂山山顶风化坑进行考察和采样,通过对风化坑内碎屑和坑外岩石的粉晶X射线衍射矿物分析、X射线荧光光谱化学全量分析,研究了风化坑内外的矿物风化及各元素迁移特征,对风化坑的成因过程进行探讨.研究结果表明:1)崂山山顶风化坑碎屑的英长比总是大于其周边岩石的英长比,说明风化坑的形成是花岗岩造岩矿物差异风化的结果;...     

断裂尺度的分形分布与其损伤演化的关系

借助于分形几何学和损伤力学的方法,重新考察和分析计算了有关的岩石断裂实验所提供的实验数据。分析计算结果表明:岩石断裂的损伤演化过程具有良好的统计自相似性,断裂尺度分布的分形维数能够很好地刻画岩石的损伤程度,并且在岩石断裂的损伤演化过程中,断裂尺度分布的分形维数(D_L)随外载荷(σ)呈线性增大。对断裂尺度分布的分形维数而言,损伤演化过程是一个增维过程。根据计算结果给出了分形维数(D_L)与损伤变量(ω)之间的经验关系。      

节理试件单轴压缩下的破碎特征分析

为了研究节理化程度和节理倾角对岩体破碎特征影响,对不同节理化试件在单轴压缩后的破碎体进行了筛分实验。按照单轴压缩后的碎屑粒径分布大小不同,将其分为粗粒、中粒、细粒、微粒4个级别,通过计算碎屑的粒度质量分数、粒度频数、比表面积和分形维数,分析了相同节理层间距不同节理化条件下,随节理倾角的变化,试件的块度分布特征变化规律。结果显示:随着节理倾角的增大,试件的破碎程度均是先减小后增大,β为45°时破碎程度最低,β为0°、30°、90°的破碎程度较高。节理中心距为30 mm时,节理连通率越小,破碎越严重。节理连通率为0.8时,节理中心距越大,破碎越严重。      

云南陇川县户撒地区稀土矿成因及找矿方法

户撒地区稀土矿矿体赋存于中生代三叠纪粗粒二长花岗岩、中~粗粒似斑状二长花岗岩体风化壳中,岩体风化壳的第二层中等风化带和第三层强风化带是本区稀土矿的主要控矿层位;该区稀土矿的形成经历了风化分解→剥蚀搬运→淋滤迁移→吸附富集的反复成矿作用,属花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿矿床;可采用地质测量→地球化学土壤测量→野外快速分析→工程控制→野外快速分析+实验室分析测试的找矿方法,来揭露圈定该区稀土矿体。     

2017 - 2018年冬季乌梁素海湖冰表面裂缝形态分析

在2017 - 2018年冬季使用无人机对乌梁素海湖冰的冰面裂缝进行了航拍, 采用改进的自适应阈值分割方法进行图像二值化处理, 提取了冰裂缝的密度和分形维数。分析结果显示： 在固定区域的冰裂缝分形维数在1.35 ~ 1.50间变化, 冰裂缝数量随时间增加, 其分形维数也随之线性增大; 在冰生长期间, 冰厚度与冰裂缝分形维数也呈现出明显的线性关系（相关系数R²=0.75）。冰面不同区域的冰裂缝密度和分形维数在0.017 ~ 0.079、 1.38 ~ 1.64间变化, 且两者之间存在显著的对数相关性（相关系数R²>0.96）, 不同日期航拍数据拟合结果近似相等, 说明冰裂缝密度越大, 对应的分形维数越大。作为表征冰面形态特征的一种物理指标, 建立得到的冰裂缝分形维数与冰厚、 裂缝密度的相关关系, 对未来利用冰面裂缝形态监测冰层的生消过程可提供科学的参考。     

粤西滨海核电厂址强风化花岗岩物理力学特性试验研究

以广东阳江和台山两个典型花岗岩核电厂址为例,定性描述了广东粤西沿海花岗岩的分布及其风化特征,通过进行波速测试、浅层平板载荷试验、原位剪切试验等原位测试,以及常规压缩试验、固结试验等室内试验,系统分析了强风化花岗岩的主要物理与力学性质指标。结果表明：（1）花岗岩受强烈的物理风化和化学风化作用,基岩中的不稳定元素被淋溶、流失,形成了富铝型和富铁型的厚层风化壳,岩层不均匀性特点突出;（2）强风化花岗岩岩体天然含水率和孔隙比变化大,天然重度变化小,压缩性中等;（3）粒度成分对岩石物理性质的影响最大。粒度越大,物性指标越弱。粒度越小,表明岩样越致密,其物性指标越强;（4）波速的大小与岩体风化程度、粒度成分等密切相关;（5）水对强风化花岗岩抗剪强度参数中的凝聚力影响效应比内摩擦角要大,对凝聚力的弱化作用更加明显。其研究结果可为核电工程建设和优化设计提供基础参数。     

矿物微观结构的多重分形

分形与多重分形已广泛地应用于不同领域, 不同尺度下的各种分布特征研究更是受到广泛关注.以云南个旧松树脚矿田中2件含矿矽卡岩样品中黄铁矿颗粒为研究对象, 通过分形与多重分形方法研究了黄铁矿颗粒在二维空间上的分布特征.结果显示, 黄铁矿在微观尺度空间上的分布不均一, 具有明显的分形与多重分形分布特征.所选研究区外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩和接触带矽卡岩型块状硫化物矿石显微照片分析结果显示, 前者黄铁矿颗粒分布的盒子维数D₀、信息维数D₁、关联维数D₂及广义多重分形维数D_q的变化范围均较小, 而后者较大; 前者外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩含矿性相对较弱, 而后者矿石矿物相对富集.从这个意义上说, 分形与多重分形维数与样品含矿性有一定的对应关系, 因此, 分形与多重分形分析有望进一步为岩石含矿性的定量化评价提供微观尺度上的证据.      

碎屑颗粒圆度的分形描述

碎屑颗粒圆度是指碎屑颗粒的原始棱角被磨圆的程度,用来表征碎屑沉积物的结构成熟度。目前普遍的做法是采用Powers 1953年作的一组图,表示从尖棱角状至滚圆状各级圆度的特征,这一做法属于定性描述。本文借助分形几何学理论,利用盒维数法实现了计算机对颗粒维数的自动统计计算,结果表明碎屑颗粒维数可以作为刻画碎屑颗粒圆度的定量指标。