基于坡度特征的花岗岩风化程度划分方法研究

针对目前遥感技术手段难以快速划分岩石风化程度的问题,以花岗岩为研究对象,通过分析风化程度与坡度的耦合关系,提出了一种基于坡度特征的花岗岩风化程度划分方法.该方法首先利用卫星遥感数据解译区域地层岩性,通过立体像提取区域坡度信息;然后对坡度分级并统计花岗岩地质体内各级坡度的面积百分比;最后根据坡度分级特征曲线判断花岗岩风化程度.野外验证表明,该方法可以准确划分花岗岩风化程度,可为工程设计和施工作业提供参考.     

花岗岩风化残积物粒度分维特征分析

对厦门某场地花岗岩风化残积物的粒度分布分析结果表明 :花岗岩风化残积物粒度分布具分形特征 ,风化程度越高 ,粒度分维越大 ;粒度分维反映颗粒粗细、颗粒级配 ,粒度分维可以作为划分风化带和评价力学性质、渗透性的一个指标。     

单轴压缩下酸腐蚀花岗岩能量演化与分形特征

利用单轴压缩、声发射监测及X射线衍射试验手段分析了不同腐蚀时间花岗岩力学特性,获得了声发射特征参数变化规律,从腐蚀机制角度分析了花岗岩内部结构劣化原因,并对岩样破坏过程中能量演化规律及破碎分形特征进行研究。主要结论如下：随着腐蚀时间增加,单轴抗压强度和弹性模量分别降低了25.6%和38.3%;声发射累计振铃计数降低,高水平声发射振铃计数持续时间缩短;岩样内部结构因矿物成分分解而劣化,而二氧化硅悬浮物又会延缓这一劣化,导致力学参数折减速率与腐蚀时间呈负相关;塑性阶段之前,腐蚀岩样耗散能增长率较大,其内部损伤已经快速发育,耗散能也处于较高水平,在塑性阶段,损伤发育程度低于未腐蚀岩样;耗散能随腐蚀时间增加而降低,但耗散能占比由29.1%升高到35.0%,延性提高;总能量和弹性应变能的峰值、增长速率均随着腐蚀时间增加而减小,内部结构劣化程度增大,岩样吸能能力和储能极限降低;破坏模式由剪切-劈裂破坏转变为剪切破坏,中、小粒径碎块质量占比由44.6%降低到22.8%,破碎分形维数降低了9.5%,破碎程度降低,用于破碎的耗散能也随之降低。     

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。     

两类花岗岩的分形比较

本文用分形结构因子比较了两类不同的花岗岩系列在矿物学、岩石化学和成矿关系等方面的差别。分形理论不但可从新的角度考察两类花岗岩的差别，而且为解决地质科学问题提供了新的思路和方法。     

不同风化程度花岗岩动力特性实验研究

采用6种不同风化程度的花岗岩试样,在相同围压下进行了不同加载速率（1～105 MPa/s）的动三轴压缩实验。研究发现,不同风化程度花岗岩试件的抗压强度、弹性模量均随加载速率的增加而增加,泊松比随加载速率的增加而减小。抗压强度的增加幅度随风化程度的增加而增加,弹性模量的增加幅度基本保持不变     

花岗岩风化程度的化学指标及微观特征对比——以香港九龙地区为例

据香港九龙3个不同工程场地取得的149件不同级别的风化花岗岩样品的化学分析结果,用统计学方法,从反映岩石风化程度的18项化学指标中选取9项进行了分析计算.对其结果及其与风化程度分级的关系的研究表明有4种指标比较理想.通过对样品微观特征的观察研究和矿物成分、微孔隙率以及综合显微岩石指标(Ip)进行了描述和定量分析,发现其中一些指标有一定相关性.这些化学指标和微观特征相关的统计值在一定程度上可定量表征花岗岩的风化程度,即:随风化作用进行,碱、碱土金属组分逐渐淋失,脱硅、富铝铁化作用逐渐加强;相应地,先是钠长石风化成高岭石,其次为云母和钾长石的风化.粘土矿物所占体积百分比随风化程度增高而变大,至残积土(Ⅵ级)时已达50%左右;Ip指标值下降,微孔隙率增高.文章综合出各个风化级别的指标变化范围及平均值供花岗岩分布区花岗岩风化野外调查和研究工作参考.     

单轴压缩条件下花岗岩中不同矿物的形状变化

岩石中不同矿物的形状变化反映了岩石的变形破坏过程。在分析花岗岩试样表面图像不同矿物纹理特征基础上,使用室内单轴压缩试验视频图像和灰度分界阈值分割法,研究了单帧图像中不同矿物的分布特征,使用形状参数描述了岩石变形过程中不同成分的形状特征,探讨了不同成分区域形状变化与裂隙扩展过程的关系。结果表明,花岗岩变形过程中圆形度的大小顺序为长石黑云母石英,内切圆半径的大小顺序为黑云母长石石英;离散指数的大小顺序为长石石英黑云母;长石承受了轴向力的主要部分,形状变化与所处位置关系较大;破坏过程中裂隙面积出现大小顺序为长石、石.英、黑云母,裂隙扩展较快时裂隙大多出现在长石和石英区域。     

石灰岩表面早期风化的分形识别

自然界中的石灰岩有两种表面类型的特征差异较为明显,即受环境因素微侵蚀作用形成的风化表面(张捷等,1994)和石灰岩的新鲜断口表面。前者为石灰岩与环境之间的界面形态,由石灰岩与环境影响因素综合作用所致(孙承兴等,2002),而后者则主要决定于石灰岩岩性和破碎岩石方式及其力度强弱(张子新,1995)。识别石灰岩的早期风化往往需要从微观层次寻找证据来加以区别,     

大理岩冲击加载试验碎块的分形特征分析

应用分形几何的方法对冲击加载试验中大理岩破碎块度分布进行统计分析。结果表明,大理岩的冲击破碎块度分布具有分形特征,采用破碎分形维数对岩石破碎过程进行定量描述,可以合理地反映大理岩冲击破碎的程度;大理岩的平均破碎块度与冲击加载速率有着较强的相关性,随着加载速率的提高迅速减小;建立了能量吸收与破碎分维的关系,从能量吸收的角度可以较好地解释破碎分维的变化规律。破碎分维是评价岩石冲击破碎块度分布的理想指标,可较为全面地反映岩石冲击破碎的全过程。     

建筑物地基沉降曲线的分形特征分析

将分形理论应用于建筑物地基沉降曲线分析,计算两建筑物地基各测点累计沉降曲线的盒维数。分析了测点维数变化情况与最终沉降量变化情况之间的相互关系,并得到建筑物地基的沉降曲线分形特性。测点维数的大小反映了建筑物地基沉降过程复杂度,测点维数变化与沉降量变化为对应关系,反映出地基沉降的不均匀性,分形特性分析方法从一个新的角度分析建筑物地基沉降,从曲线中也挖掘更多隐含信息。     

弯曲河段床面分形特征及床面阻力试验研究

根据概化水槽试验的结果,引入河床表面分形维数(以下简称BSD)用于河床表面形态的量化研究,并对BSD的计算方法、弯曲河道的分形特征及BSD值的大小与床面阻力的关系进行了探讨.结果表明,BSD的大小在大尺度上能够反映河段在纵向上的深泓起伏程度和横向的滩槽差,在小尺度上能反映河床表面相对的冲淤幅度,即弯曲河段床面具有明显的...     

基于压汞分形的高变质石煤孔渗特征分析

研究石煤（腐泥煤）的孔渗特征,对于深入了解页岩气的吸附/解吸特征具有重要意义。基于分形几何原理,推导出煤岩不同类型孔隙和毛细管压力曲线的分形几何模型,并将孔隙分形维数分为渗透分维数和扩散分维数分别计算。根据压汞实验数据分析,利用双对数图计算了安康地区石煤孔隙结构的分形维数。研究结果表明：石煤渗透分维数D_s介于2.524~2.917,其与挥发分产率、水分含量、灰分产率和迂曲度呈正相关关系,与变质程度及平均孔径呈负相关关系;扩散分维数D_k介于2.488~2.931,其与变质程度、挥发分产率、水分含量和平均孔径呈正相关关系,与灰分产率和迂曲度呈负相关关系;在物性方面,渗透分维数随孔隙度增大而减小,渗透性的分形表征与扩散分维数呈负相关关系,这说明渗透孔越不均一,煤岩孔隙度就越大,而扩散孔的均一化程度可以为评价石煤储层物性提供重要依据。     

水电站坝肩岩体风化带划分定量指标的选取与标准

在平硐洞壁声波测量、全硐段结构面精测工作的基础上,以国标为基本依据,对水电工程岩体风化带定量划分进行了研究,除规范规定的波速比指标外,提出了其它两种定量指标:单元面积节理数和锈染裂隙占有率,并结合某电站坝址区岩体地质环境和风化的总体特征,制定了指标利用原则及划分标准,最后对该水电站坝址区一条剖面上各平硐风化带进行了综合划分。     

单轴压缩条件下不同含水率黑云母二长花岗岩破坏特征与机制

花岗岩在不同含水率条件下的变形破坏特征和机制对此类工程岩体稳定性评价具有重要的意义.开展不同含水率黑云母二长花岗岩单轴压缩试验,分析破坏特征和应力-应变曲线特征,开展断口扫描电镜试验,分析微观形貌特征,研究破坏机制.试验结果表明:黑云母二长花岗岩具有明显的应变软化特征;随含水率增大,曲线上微裂隙压密阶段长度逐渐增加,稳...     

压缩荷载下泥岩裂缝演化规律的CT试验研究

裂缝的演化与空间展布规律是影响泥岩盖层密闭效果的关键因素。为研究泥岩失稳破坏过程中裂纹的萌生、扩展和汇集贯通等演化规律,针对龙马溪组泥岩进行了单轴压缩下的同步CT扫描试验,通过裂纹面积的变化特征及裂纹结构的分形特性,探讨了不同加载水平下裂纹的演化规律,从细观尺度揭示了泥岩裂纹演化与宏观变形特性的关系。研究结果表明：泥岩CT图像灰度频率及裂纹面积的变化均可反映裂纹的演化特征。荷载水平（即当前荷载与峰值荷载之比）为0～20%时,裂纹面积迅速增加,裂纹开始萌生,但由于受到闭合效应的抑制,相对并不活跃;荷载水平（当前荷载与峰值荷载之比）为20%～65%时,裂纹面积变化不大,裂纹萌生效应和闭合效应同时进行,且作用大致相抵,泥岩进入稳定承压阶段;荷载水平为65%～85%时,裂纹面积陡然增加,裂纹进入扩展及汇集贯通阶段,而荷载水平为65%时的突然跳跃,表明裂纹从萌生闭合到扩展过渡具有突发性和瞬时性。随着荷载的继续增加,泥岩内部结构呈复杂化、混乱化的变化趋势,且裂纹从外向内逐渐贯通。裂纹分形维数呈现的增长―下降―再增长―再下降的波状变化规律,是裂纹萌生、闭合、扩展和归并等相互转化的结果。     

应力路径试验前后不同黄土的孔隙分形特征

为了解不同黄土孔隙形状复杂程度的差异和应力路径对孔隙形状复杂程度的影响,对两种黄土应力路径前后孔隙分形特征进行了研究。首先比较了3种分维模型所得孔隙分形维数的可靠性,然后选用热力学关系模型,由进汞、退汞试验得到地裂缝区黄土、充填黄土初始样和三轴应力路径试验后的孔隙分布,据此分析了两种土体进汞孔隙和退汞孔隙分形维数的差异和受载后的分形维数变化,根据退汞过程仅管形孔内的汞流出及孔隙由管形孔和球形孔组成的假定,得到了应力路径试验前后孔隙形状的改变。结果表明,热力学关系模型得到的孔隙分形维数合理、可靠。初始状态,原状和重塑充填黄土的孔隙形状比原状和重塑黄土复杂;常规三轴试验后试样孔隙比减少,孔隙分形维数增加,球形孔向管形孔转变;相对于常规三轴压缩试验,减围压三轴压缩试验后试样的孔隙分形维数较小,管形孔占总孔隙的体积比例较少;总体上管形孔的分形维数比球形孔大,且基本不受应力路径的影响,其占总孔隙的体积比例随着试样宏观孔隙比的减少而增加。     

基于分形的滑坡易发程度区划方法

本文发展了一种基于分形统计的滑坡易发程度评价方法,该方法仅使用已有的滑坡数据,首先通过分形统计获得滑坡分布的分形丛集关系,再通过GIS的空间操作与分析生成滑坡易发程度区划图。提出一种对滑坡易发程度区划图的可信度和预测效果进行评价的方法。本文介绍了这些方法及其在浙江地区应用的结果。     

地下洞室变形监测数据的盒维数分形特征分析

在某大型地下洞室群工程的断面变形收敛监测过程中发现其时程曲线的波动程度有着明显的规律性,引入一维盒维数来定量描述该特征,在试算结果基础上探讨了其与围岩性质相关的力学含义。进而,通过采用该指标比较不同监测断面计算结果的差异,印证了盒维数与围岩完整性的对应关系。更进一步,分析各断面的空间位置及其盒维数值的关系,得出了整个区域内围岩完整性的演变规律。最终,由后继开挖过程揭露的围岩情况,证明整个推理过程和结论的有效性。     

基于多重分形的花岗岩结构区分方法初探——以蓝田铀矿花岗岩样品为例

自然地物表面复杂,难以用普通的数学参量进行表达,多重分形理论提供了一种对自然地物进行定量描述的新方法。花岗岩型铀矿床是我国4大铀矿床类型之一,因而研究花岗岩结构的定量特征,能为遥感找矿提供信息。文章通过对花岗岩的手标本照片进行分形几何特征研究,介绍了使用盒维数和多重分形谱对手标本照片进行计算的方法,计算结果表明对于成分相同粒度结构不同的花岗岩,盒维数和多重分形谱均存在与粒度结构相关的差异,这些差异对于遥感岩性识别具有重要意义。