pH值对红土粒度成分影响的分形几何研究

红土是一种特殊土,其成分和结构决定了红土本身具有不同于一般粘性土的工程地质性质。红土中游离氧化铁的存在使土颗粒之间产生胶结,是土具有“假粉性”和“假砂性”特征的主要原因。研究发现,游离氧化铁含量和形态的改变,将直接影响红土颗粒的粒度分布。通过对不同pH值红土试样的颗粒成分进行测试,借助分形理论得到不同pH值红土粒度成分分维值。计算发现,不管是否在测试过程中采用分散剂,土粒度分维曲线上都存在两个无标度区。pH值的改变引起了土粒度分维的变化,随pH值的增大,土粒度分维值也变大,反应出土的细颗粒含量增加,土颗粒所形成的集合体越分散。土pH值的大小与粒度成分分维、游离氧化铁含量之间的内在联系,揭示出了红土中游离氧化铁对土颗粒胶结的本质。     

分形理论在土体粒度成分特征评价中的应用

由于土体粒度成分的复杂性,目前对土的粒度成分分析缺乏合适的定量描述参数,分形理论为该问题提供了新的途径。实例计算表明,分维作为描述土体粒度成分特征的参数,能较好反映了各种粒径大小在土体中的组成特点,可将其作为土体工程分类的一个综合性定量指标。     

季节冻土区路基土粒度成分的分形特征

以长春-四平一级公路、长春-松原一级公路及长春北某公路3处路基土样为研究对象,通过大量的室内试验数据,结合分形理论,讨论路基土粒度成分的分形结构,计算分形维数,并将分维数作为描述土粒度成分的指标,探讨其与土体冻胀的形式、冻胀量大小的关系。研究表明：分维数较大时易形成分凝冻胀,冻胀量较大;分维数较小时易形成原位冻胀,冻胀量较小。分维数与土的物理力学性质的回归关系表明,分维在一定程度上表征土的工程地质特征。     

基于分形理论研究土壤结构及其水分特征关系

为定量获得土壤结构对其水力性质的指示作用,室内实验选用华北平原子牙河流域原状土样为研究对象,用张力计法和激光粒度分析仪分别测定土壤水分特征曲线和样品粒度分布,基于分形理论计算土壤粒度分布的分形维数,采用实验测定与模型验证相结合的方法对水分特征曲线进行分析.结果表明,土壤颗粒粒度分布在[10 μm,50 μm]区间内的分段分维值是表征土壤粒度累积分布显著上升段特征的关键参数,与0~80 kPa吸力范围内的土壤水分特征曲线幂函数模型拟合参数(a、b)有极显著相关关系.研究区内土壤水分特征曲线以分形形式表达的幂函数模型为:θ=100.78×(3-D)S(D-3)/3,利用土壤结构分形特征能够有效指示其水力性质.      

基于数字图像处理技术的冰川堆积物粒度分析——以川西贡嘎山冰川堆积物为例

冰川堆积物的粒度组成在很大程度上控制了其物理力学性质,但常规试验无法得到连续的冰川堆积物的粒度组成数据。应用数字图像处理技术和室内试验相结合的分析方法,首先借助图像处理技术,对冰川堆积物剖面的砾石形态进行分析,获取粗粒部分(>2cm)的粒度组成,然后采用室内颗分试验获得细粒(<2cm)部分的粒度组成,将2类粒度数据进行叠合即可获取连续的冰川堆积物的粒度组成。结果表明：研究区冰川堆积物的粒度组成极不均匀且颗粒分析曲线呈现多峰性,具有良好的级配和工程性质;冰川堆积物的粒度组成、砾石形态和排列特征都有很好的分形特征。     

基于数字图像处理技术的冰川堆积物粒度分析——以川西贡嘎山冰川堆积物为例

冰川堆积物的粒度组成在很大程度上控制了其物理力学性质,但常规试验无法得到连续的冰川堆积物的粒度组成数据.应用数字图像处理技术和室内试验相结合的分析方法,首先借助图像处理技术,对冰川堆积物剖面的砾石形态进行分析.获取粗粒部分(>2cm)的粒度组成,然后采用室内颗分试验获得细粒(<2cm)部分的粒度组成,将2类粒度数据进行叠合即可获取连续的冰川堆积物的粒度组成.结果表明:研究区冰ill堆积物的粒度组成极不均匀且颗粒分析曲线呈现多峰性,具有良好的级配和工程性质;冰川堆积物的粒度组成、砾石形态和排列特征都有很好的分形特征.     

陕西洛川黄土的粒度分维值及其意义

对陕西洛川剖面１５８０个黄土样品的粒度数据分析表明,黄土的基本粒级,即在２－５０μｍ的标度范围内,粒度分布具有分形特征。黄土的粒度分维值在２．１６－２．５１之间,平均值为２．３２;而古土壤的粒度分维值在２．２３－２．５１之间,平均值为２．４１;粒芳分维值对黄土与古土壤的形成环境的演变,有良好的指示意义。粒度分雏值显示,250万年以来,东亚季风不断增强,变化周期和变化幅度逐渐变大。在早更新世,季风较弱,变化周期短．变化幅度小,表现为2～4万年的周期;而在晚更新世,季风较强,冬季风和夏季风相互消长,变化周期长且明显,变化幅度大,表现出10万年的变化周期。     

泥石流堆积物的粒度分布及其分形结构

泥石流堆积物主要由砾石、砂砾、粉粒和粘粒组成,组成泥石流堆积物的颗粒级配变幅很大,从直径大于数十米的巨砾到肉眼难以看见的几微米的胶体微粒均有分布,大小颗粒粒径之比可达106—107。泥石流堆积物颗粒具有明显的自相似性和无标度区间。本文以小江流域多处泥石流堆积物为研究对象,采用图解法全面分析了泥石流堆积物的粒度组成特征,根据分形理论计算了泥石流堆积物颗粒的分维值,对泥石流堆积物的分形特征进行探讨,并与泥石流堆积物粒度特征相联系,发现分维很好的反映了泥石流堆积物颗粒组成及其粒度分布特征。将泥石流堆积物颗粒分维与泥石流的粘性、形成年代等性质相联系,以找出它们彼此之间的关系。     

一种新的粒度指标:沉积物粒度分维值及其环境意义

根据分形理论，对1000个不同类型沉积物样品的粒度分形结构及其分维值作了定量计算。结果表明：各类型沉积物都具有良好的统计自相似性，并且各自有着不同的分维值。粒度分维值的大小与分选好坏密切相关。没有经过外力搬运与分选的风化破碎物质(碎屑物)——断层泥、冻土的粒度分维值接近于碎形体的分维值2．60左右；经过外力搬运但分选作用较弱的冰碛物、水石流、泥石流堆积物的粒度分维值也接近2．60；而经过强烈外力分选作用的河床、湖泊沉积物、潮滩及海底沉积物的分维值明显偏小。鉴于此，本认为分维值可以作为沉积物类型判别的重要参数之一。     

滑坡滑带(面)土及堆积物的粒度多组分分布特征研究

文章利用高分辨率激光粒度仪MS2000对我国典型地区5种沉积类型滑坡的滑带(面)土和滑坡细粒堆积物的粒度多组分分布特征进行了系统、深入研究,总结了不同沉积类型滑坡滑带(面)土与滑坡堆积物的粒度多组分分布特征及差异性,其对于认识滑坡的成因机制具有重要的理论和实践意义。研究认为:(1)不同沉积类型的滑坡滑带(面)土和滑坡堆积物的粒度一般含有4个组分,其分别为风成的细、中、粗粒组分和水成的悬浮组分; (2)不同地区不同沉积类型的滑坡其滑带(面)土粒度与滑坡堆积物的粒度多组分具有不同的分布特征; (3)同一地区滑坡的滑带(面)土与滑坡堆积物的粒度多组分分布特征有较大差异,主要受控于滑坡本身的形成演化过程。     

南海东部69柱粒度分维指标与气候代用指标的分形比较及其意义

南海69柱粒度数据分析表明,晚更新世以来,粒度在0.2~11μm的标度范围内具有分形特征,粒度分维值DS为1.72~2.02,平均1.84;不同时期粒度分维值明显不同,氧同位素1期(冰后期)为1.88,氧同位素2期(冰期)为1.81,温暖的冰后期粒度分维值高且变化幅度大,寒冷的冰期粒度分维值低且变化幅度小,表明粒度分维值DS对沉积物的形成环境演化具有良好的指示意义。运用R/S分析法,对69柱沉积物的粒度分维值DS、UK37法估算的表层海水古温度、浮游有孔虫的δ18O、δ13C及其转换函数计算的冬季表层海水古温度、夏季表层海水古温度、季节性温差、沉积物SiO₂、CaCO₃含量9项指标进行尺度重整分析计算,得到其时间序列分维值D_H分别为1.2855、1.1712、1.2659、1.4244、1.2719、1.2214、1.2979、1.1366、1.1609。虽然这些气候指标是用不同物理单位测量的,但运用分形分析可以对它们进行数学比较,粒度分维值DS与季节性温差二者的时间序列分维值D_H最接近,从分形理论方面进一步证实粒度分维值D_S的变化主要反映气候的冷暖变化。综合粒度分维值DS及其他气候代用指标分析,识别出南海东部全新世以来的4次突发事件。     

东海内陆架EC2005孔沉积物粒度分形特征

对位于浙-闽沿岸泥质带的EC2005孔沉积物粒度分形特征以及与平均粒径和分选系数的关系进行了探讨.EC2005孔沉积物粒度在累积含量5%～95%的无标度区间内,统计自相似程度高,具有分形特征.沉积物平均粒径与分维值既存在正相关,也有负相关关系.二者正、负相关关系的分界点表现为平均粒径7.0φ左右,＜7.0φ时,平均粒径...     

潜孔锤反循环钻进岩屑粒度分布规律

研究岩屑粒度分布规律有利于进一步分析潜孔锤反循环钻进的碎岩机理。采用分布函数和分形方法对反循环钻进产生的岩屑粒度分布进行描述,并得到岩屑粒度分布规律。结果表明：试验用岩屑的粒度分布符合Gandin-Schuhmann分布和Rosin-Rammler分布,其中岩屑颗粒更贴近于G-S分布;岩屑粒径遵循分形规律,可以用分形方法描述反循环钻进中岩屑粒度的分布特征。从岩屑粒度分布来看,大于5 mm的颗粒占总质量的74.8%,表明潜孔锤球齿破碎岩石以体积破碎为主;块状颗粒分布在5~12 mm,说明岩石的体积破碎存在大小差异,并伴随有重复破碎。     

Textural and Geochemical Characteristics of Proglacial Sediments: A Case Study in the Foreland of the Nelson Ice Cap, Antarctica

This paper presents a detailed study on the textural and geochemical characteristics of the proglacial sediments near the edge of modern Nelson Ice Cap, Antarctica. The grain size distributions of the proglacial sediments are characteristic of glacigenic deposits, but very different from those of aeolian and lacustrine sediments. Moreover, the grain size distributions of the proglacial sediments are fractal with a dimension of about 2.9, and the fractal dimensions can be used as another summary statistical parameter for quantifying the relative amounts of coarse and fine materials. Correlations between the absolute element abundances of the proglacial sediments are very weak due to mineral partitioning and other effects of glacial processes, but correlations between the element/Rb ratios are statistically significant. This finding indicates that element/Rb ratios can be used to reduce or eliminate the effects of glacial processes, evaluate geochemical data and determine the sediment provenance in the for     

矿床储量规模分布的分形模型及其分维的数理分析

矿床储量规模预测在矿产勘查和评价中占有十分重要的位置,而其预测的最主要手段是建立矿床储量规模分布的数学模型.根据矿床储量的统计自相似性,应用概率统计方法建立了矿床储量规模的分形模型.同时,通过模型及其分维值的数理分析,得出不同分维值的地学解释,讨论了分维的线性与非线性最小二乘回归估计法.     

散体云母片岩粒度分形特征及其与抗剪强度参数的关系

在室内试验的基础上,应用分形几何理论研究某露天矿排土场散体云母片岩的粒度分形特征,探讨了分维数与散体云母片岩物料中粗颗粒含量及其抗剪强度参数的相关性。研究结果表明：（1）分维数与散体物料中粗颗粒含量呈反方向变化关系,即分维数会随着粗颗粒含量的增大而减小;（2）当分维数值在1.887～2.631范围内时散体云母片岩粒度组成级配良好,说明分维数可以代替Cu、Cc用来表征散体岩石物料的粒度组成及其级配优良性;（3）在优良级配下分维数与散体剪切强度参数中的内摩擦角之间具有比较好的相关性,并呈负指数函数关系,而黏聚力与分维数规律性不明显。     

分形渗透模型在饱和冻土中的应用

冻土中的渗透系数对于评估冻土工程中的水,热和溶质迁移至关重要。以往研究表明,渗透系数主要依赖孔隙结构,经常被描述为孔径大小和孔隙率,但是这两个参数并不能充分地表征孔隙结构。为加强对孔隙结构的描述,引用分形理论研究了冻土中的渗透系数。基于非均匀毛细管束模型和分形理论,提出了饱和冻土中渗透系数的分形模型,并提出通过土体冻结特征曲线获取冻土中孔径分布的理论方法。为了验证分形模型的有效性,对已有实验数据进行分析。分析表明,分形渗透系数模型是毛细管分维、最大孔径、黏度和迂曲度的函数,孔径分布变化是导致冻土渗透系数变化的根本原因。通过对比,计算值与实测值吻合较好。结果表明分形模型可以较好的预测冻土中的渗透系数,研究结果可为冻土渗透机理研究提供参考。     

饱和级配破碎泥岩压实与粒度分布分形特征试验研究

通过饱和级配破碎泥岩的压实试验,得到了不同级配下试样轴向位移和粒度分布分形维数随轴向应力变化曲线,分析了Talbol幂指数对饱和破碎泥岩压实变形与粒度分布的影响规律,建立了一种饱和破碎泥岩压缩模量与轴向应力的关系式。试验结果表明,饱和破碎泥岩的压实过程可分为2个阶段,即0~4 MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段。其中,约80%的变形发生在快速变形阶段。轴向位移、压缩模量与粒度分布分形维数均可用轴向应力的指数函数拟合。相同轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大,粒度分布分形维数越小。轴向应力大于8 MPa后,各级配试样的粒度分布分形维数相差很小,且随着轴向应力的进一步增大,各级配试样的分形维数差异将继续减小,最终,分形维数将趋于一致。在加载初期,试样压实变形主要以岩石颗粒移位为主;而在加载后期,试样的压实变形则以颗粒破碎为主。