基于岩体结构面分布分形维的岩体质量评价

尽管岩体结构面具有空间上的不规则性和结构网络上的复杂性,但由于它又具有自相似的特征,可以运用分形理论来对其进行研究。运用盒计维数法对某矿山巷道围岩体结构面分布的分维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征。通过对岩体结构面分布分形维值分布规律的分析发现,分形维数越大、结构面分布越密集,结构面迹线越长,岩体质量越差,表明可将岩体结构面分布的分形维作为岩体质量评价的指标。将计算所得的岩体结构面分布的分维数与按工程岩体分级标准对相应岩体分级所得的岩体质量等级进行对比,提出了一个以岩体结构面分布的分形维作为分级指标的岩体质量评价方案。     

基于分形理论的岩体工程分类初探

介绍了岩体工程分类的研究现状及发展趋势，指出岩体质量的决定因素是岩体的坚硬程度及完整程度，各种结构面的存在使岩体的坚硬程度及完整程度降低，研究表明，岩体结构面的分布具有很的分形现象，在此基础上，重点论述了岩体工程分类的分形方法。     

多尺度分形参数在裂缝检测中的应用研究

根据地震波的动力学参数对裂缝敏感性和裂缝的分形特征，以地震层位振幅数据为基础，应用分形理论的裂缝检测方法(多尺度分形参数的地毯覆盖方法)对裂缝进行检测。这里用计算机生成了Mandelbrot集的分形图案，用多尺度分形参数进行了检测，效果显著。用该方法对某油田的层位振幅数据进行了裂缝检测，检测结果清楚地反映了裂缝的分布状况。     

岩体结构多重分形方法的改进与应用

本文运用多重分形方法研究岩体结构,对关键参数作误差分析,进行算法改进。并选取鄂西恩施保扎滑坡与杨家山滑坡附近的4个代表性露头点进行岩体结构多重分形研究,得出多重分形维数值是对平均岩体质量的直接度量,多重分形谱宽反映了岩体质量的整体分布情况。岩体结构多重分形方法比传统的岩体质量指标更能反映岩体结构的整体性质,根据多重分形结果可建立初步的岩体质量评价方法。      

混凝土结构损伤的分形特征实验分析

在物理模型试验中分析了混凝土结构损伤演化中的分形行为,揭示了混凝土结构的裂缝生长及表面裂缝分布具有分形特性,表明分形维可以定量描述表面裂缝分布。利用分形几何学研究混凝土结构的损伤演化过程,证明了结构表面裂缝分布分形维与结构力学性能之间存在良好线性相关性,认为表面裂缝分形维可作为度量混凝土损伤程度的损伤特征因子。与基于振动理论的损伤特征因子相比,这一新特征因子具有自己的一些特色和优势,为创建新的混凝土结构健康诊断和安全性评价方法体系提供了一条新途径。     

竖井变形破坏机制与继续使用可行性探究

依据程潮铁矿地表变形、岩体变形和井筒裂缝监测资料,分析东主井井筒变形破坏的成因,总结井筒裂缝分布规律及其与采空区的关系,通过数值分析探讨井筒继续使用的可行性。结合后期对地表与深部岩体较为详细的监测资料,建立了倾倒破坏力学模型,探讨井筒裂缝扩展与井区岩体水平位移之间的关系以及井区岩体分区与井筒裂缝分布之间的关系。研究结果表明,东主井变形破坏是由地下采矿引起的,岩体水平位移对井筒变形破坏起重要作用;井筒的裂缝分布在空间上与采空区的位置有关,井筒的东面和西面裂缝发育,南面和北面基本无裂缝。由数值计算结果可知,井区地表与岩体变形将继续加大,但不会发生整体失稳破坏。对比岩体分区与裂缝分布发现,井筒的裂缝分布在深度方向上与井区岩体分区有很好的对应关系。     

深部开采上覆岩层采动裂隙网络演化的分形特征研究

借助相似模拟材料模型试验,模拟了在深部开采条件下上覆岩层采动岩体裂隙分布状态,运用分形几何理论研究了采动岩体裂隙网络分形维数随开采宽度、采场矿山压力、岩层沉降的动态演化规律,并分析了断层对采动岩体裂隙网络分布演化的影响以及采动岩体裂隙网络在三带的分布特征。结果表明：随开采宽度增加,采动岩体裂隙网络分形维数呈现总体增大趋势,在断层影响下表现出降维特点;分形维数与超前工作面压力和岩层沉降均具有非线性关系;三带采动岩体裂隙网络均具自相似性,冒落带、裂隙带、弯曲带分形维数比为1.082 3:1.139 4:1。     

结构面对岩体爆破块度分布影响的分形探讨

在前人研究成果的基础上，应用分形几何理论探讨了结构面对岩体爆破块度分布影响的分形规律，得出了几点有益的结论。     

岩体结构分形及应用研究

岩体结构包括两个基本要素:结构面和结构体。通过分形理论研究岩体结构,得出结构面和结构体分布具有分形特征。根据结构网络图,可分别求出结构面和结构体的分形维数D_(PF)和D_(VF)。结构面分布分形维数D_(PF)越大,反映结构面分布越复杂,优势面(南京大学罗国煜教授提出)发育的方向范围就越大,相应地岩休质量就更差;结构体分布分形维数D_(VF)越大,反映结构体大小分布的状况是大的结构体所占分量趋于增加,结构面的密度、迹长、总面积趋于变小,则岩体质量趋于变好。最后指出结构面和结构体分布分形维数是决定岩体质量的两个指标,是对岩体质量进行评价的合适指标。     

基于岩体不连续面三维分形维岩体质量评价研究

岩体内部不连续面分布具有随机性、不规则性,但又具有统计自相似性。基于三维随机不连续面网络模拟技术,对岩体结构统计均质区内的不连续面进行计算机模拟,并应用分形理论计算岩体不连续面分布的分形维数。岩体不连续面分布分维数具有尺寸效应,随着岩体尺寸增大分维数减小,到一定程度趋于稳定。这一稳定的分维值称之为表征分维数,用此值描述不连续面分布特征。将岩体不连续面分布的表征分维数与按传统岩体分类标准所得岩体质量等级进行对比,提出以岩体不连续面分布表征分维数为指标的岩体质量分类方法。在岩体分类基础上,提出基于表征分维数的岩体等效抗剪强度指标的折减计算。     

节理岩体的分维特征及其工程地质意义

本文用分形理论,对节理网络分布和粗糙度曲线进行分形分析。结果表明,节理的空间分布和粗糙度曲线具自相似性;分维是一个表征岩体强度、岩体损伤程度、岩体质量及节理粗糙程度的几何参数,并可用于评价岩体稳定性、断裂体系活动性及划分风化卸荷带等。     

岩体质量的分形表述

介绍了岩石质量评价的分形表述方法，研究表明，分维数Ｄ比ＲＱＤ更能客观地表现结构面呈不规则分布岩体的完整性特征，可直接用于工程岩体分类。     

三维岩体质量的多重分形评价及分类

岩体中结构面的存在往往会对岩体质量造成显著影响。笔者剖析了传统岩体质量指标的不足,以白云鄂博铁矿主矿边坡岩体为例,在工程地质测绘的基础上,利用蒙特卡洛（Monte Carlo）法仿真出三维岩体结构网络图,从多重分形几何的角度出发,计算和绘制出其表征岩体结构分布和复杂性的多重分形谱,对岩体质量作出定性评价和定量分析,并且进行了岩体质量的多重分形分类。     

鱼简河水库坝基岩体模量研究

岩体变形模量的确定是岩石力学界研究的难点问题。贵州省鱼简河水利工程是国家重点工程,该工程大坝坝型为拱坝,坝基岩体变形模量的大小直接影响其坝体结构设计。本文在坝基岩体分组的基础上,利用Monte-Carlo模拟技术,采用RMR法与岩体损伤的分形模型对岩体变形模量进行估算,最后结合原位试验和工程地质类比给出岩体参数建议值,为坝体设计提供合理的计算参数。      

岩体结构要素分形几何研究

本文研究了岩体结构诸要素, 包括结构面形态、结构面厚度、结构面分布、产状分布、孔隙分布颗粒表面形态等的分形表征, 目的是提高岩体结构的定量描述程度, 为岩体工程的定量评价提供新的途径。     

基于连续-非连续方法的裂隙破坏与相互作用研究

岩体内裂隙等非连续结构面对岩体的强度及变形等力学特性有着显著的影响,研究岩体裂隙起裂、扩展、相互作用和贯通机制,对工程岩体力学行为的表征和工程性能的评价十分重要。本文基于连续介质力学模型的离散元方法,通过考虑裂隙分布、模型加载条件及其与裂隙产状的关系,建立了一系列裂隙力学计算模型,研究了不同模型裂隙扩展演化特征和岩体破裂机制,分析了岩体裂隙扩展规律及其对岩体破坏路径和强度的影响,研究结果表明:（1）裂隙岩体模型加载条件下的破坏起裂点、最终贯通破坏特征及损伤分布受控于裂隙的产状及其与最大主压应力取向角度大小及围压大小。（2）裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙弱面在加载条件下其端部裂隙扩展、贯通破坏表现比较明显,反之,当裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致时,裂隙弱面被动影响裂隙模型内新生裂隙的萌生、扩展和贯通模式,自身未出现新的扩展破坏。（3）裂隙数目的增多和围压的增大会显著增加模型内部剪切裂缝的数量和模型破坏后的破碎程度,模型内部的损伤区域主要围绕破裂面呈滑移线型交叉分布,非破裂面区域损伤呈条带状X型分布。（4）裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙对岩体模型强度的弱化程度高于裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致的情况,而裂隙模型破坏后的残余强度则正好相反。     

裂缝发育区平面分布的分形评价

裂缝是一种具有强烈非均质特征的油气储集 体,其在三维空间内的分布具有非 线性特征。运用相似维数统计法对裂缝发育带在二维平面内分布的分形特征进行研究,并用 该定量参数进行层间裂缝发育程度的定量对比。理论上证实,相似维数这一分形参数可以定 量表征裂缝发育带对二维空间的充填能力,实际统计结果表明,裂缝发育带的统计相似维数 高低与层间总体产能的对比关系是完全吻合的。     

基于无人机倾斜摄影三维建模技术的赤马山铜矿地质环境调查及评价

赤马山铜矿位于湖北省东南部长江南岸,因资源枯竭已闭坑。近年来赤马山铜矿区出现严重采空区塌陷、山体裂缝、危岩体等地质灾害问题。基于此,本文通过无人机倾斜摄影测量技术与三维实景建模,结合现场采空塌陷区的调查测绘、工程地质调查等方法,研究湖北省赤马山铜矿采空塌陷造成的一系列次生地质灾害,查明其现状及分布规律,探讨塌陷区-山体裂缝-危岩体与采空区之间的耦合关系。结果表明：地面塌陷由1#、2#、3#、4#四个塌陷坑组成,走向114°～127°;山体裂缝与塌陷长轴平行展布,裂缝宽0.2～3.0 m;塌陷区-山体裂缝-危岩体主要是采用崩落顶底柱及间柱方式处理采空区所导致。同时进行矿山地质环境的预测建模和预测评估,提出合理的采空塌陷区安全对策和治理建议,为矿区生态环境修复提供可靠依据。     

隧道围岩超欠挖与节理和洞轴线之间的关系

从分形几何角度分析,隧道围岩超欠挖具有自相似性,对于一定洞径的隧道,隧道围岩超欠挖曲线分形维数是岩体结构和洞轴线的函数。对于主要发育一组陡倾节理的情况研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数与节理间距呈双对数线性关系,与节理走向和洞轴线的夹角呈双对数线性关系,并建立了它们之间的多元关系。     

裂缝-孔隙模型中气水两相分形渗流实验和数学模型建立

大量的理论和实验研究证明,油气藏渗流力学中渗透率的分布、孔隙度的分布、裂缝性油气藏中裂缝网络的分布等许多现象都具有标度不变性。对气水两相在裂缝-孔隙模型和平面径向流模型中进行了微观渗流实验,对实验结果进行了黑白二值化处理,得到了其分形维数。在分形理论的基础上,建立了裂缝-孔隙介质中气水两相分形渗流的数学模型及差分模型。