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。     

土石混合体分形几何特征与强度演化特征

针对土石混合体的结构性特点,以含石量为20%、30%、40%、50%、60%的土石混合体为研究对象,基于多重分形原理研究多重分形特征,研究分形维数与强度之间的关系。研究表明,土石混合体具有双重分形特征,不同尺度条件下具有不同分形指标,包括块石粒度、土体粒度以及平均粒度等分形维数,与含石量相关。单轴压缩试验表明,抗压强度随含石量增加呈现先增大后减小的趋势,根据单维分形特征,确定最优含石量约为40%。建立了含石量、不同分形维数指标与抗压强度之间的关系,分析了双重因素综合影响下抗压强度的变化特征,确定了含石量与分形维数之间存在最优区域。     

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。     

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。     

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。     

碳封存砂岩储层的孔隙迂曲度分形特征研究

目前“双碳”减排的背景下,砂岩咸水层是最具潜力的二氧化碳封存介质,其孔隙结构特征决定了流体的运移及封存效率,对其进行研究具有重要的科学意义。分形维数常用于定量表征砂岩孔隙结构在三维空间中的分布规律,但以往对砂岩孔隙迂曲度分形特征进行研究时,多依赖于孔隙率、平均孔隙半径、平均迂曲度等特征值计算分形维数,并不能很好的反映岩石孔隙排列分布及孔隙连接的非均质性。文章将砂岩孔隙结构概化为具有迂曲度的毛细管,首先通过核磁共振成像（MRI）技术获取岩石片层图像,以盒维数法获得孔径分布分形维数;随后以孔径分布分形维数为目标值,结合不同迂曲度下的毛细管数量与孔径的分形标量关系,迭代计算迂曲度分形维数。与传统的分形维数计算方法相比,该研究确定的迂曲度分形维数更能体现岩石内部不同孔隙排列方式引起的迂曲度差异。     

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.      

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。     

北京沿河城地区东岭台组酸性火山碎屑流的碎屑分形特征及其成因

火山碎屑岩中的碎屑颗粒形态、分布和显微结构保存着岩浆房内岩浆的结晶状态、火山爆炸过程中的岩浆气泡化和碎裂作用以及火山碎屑堆积和变形过程的大量物理信息。为揭示北京西山沿河城地区东岭台组酸性火山碎屑流形成的物理过程,本文以东岭台组第三岩性段的酸性熔结火山碎屑岩的火山地质、岩相学研究为基础,应用分形理论和方法对酸性熔结火山碎屑岩中的碎屑形态的分形特征开展了定量研究。不同类型碎屑的表面和边界盒维数的数值范围大小具有一致性。玻屑变幅较大,石英晶屑和岩屑变幅较小,这说明碎屑的塑性和流变性对碎屑形态多样性的影响较大。在几类碎屑中,熔蚀石英的边界盒维数和周长-面积法获得的分形维数最大,说明熔蚀作用对石英斑晶边界形态复杂性的影响超过了其它机制对火山碎屑形态复杂性的影响。东岭台组酸性火山碎屑岩中的熔蚀石英、石英碎屑、长石碎屑、玻屑和岩屑的分形特征有明显差异,反映了火山喷发过程中围岩和岩浆性质、物理化学条件以及火山作用机制的差异。火山碎屑形态的分形特征和幂率规律,证明火山爆炸过程是一种自组织临界条件下发生的。     

基于分形理论的粉砂质泥岩酸雨崩解特征研究

黏土岩的崩解过程易受环境条件(如崩解液特征)影响,酸雨作用对其影响显著,但其酸雨崩解特征有待研究。目前对黏土岩崩解特征的评价多采用耐崩解性指数,仅考虑崩解后大于2mm的残留颗粒质量,未反映崩解后的整体粒径分布特征。本文以典型酸雨区攀枝花机场滑坡为依托,选取滑带粉砂质泥岩,开展不同pH值条件下的岩石崩解试验;引入分形理论,建立分形维数与酸雨历时、降雨酸度间的相关关系,定量刻画粉砂质泥岩酸雨崩解特征及影响因素;采用电感耦合等离子体发射光谱法分析不同酸度崩解溶液的离子成分差异,以探索降雨酸度造成岩石崩解特征差异的本质原因。结果表明:采用分形理论可以较好地反映粉砂质泥岩酸雨崩解特征,分形维数越大,粉砂质泥岩崩解程度越大;分形维数与酸雨历时、降雨酸度之间皆存在明显对数正相关关系;不同降雨酸度粉砂质泥岩崩解特征存在差异的原因在于白云石、方解石溶蚀程度不同。研究成果可为酸雨地区黏土岩的工程性质评价提供参考。     

关于盐城市地震效应问题探讨

对比分析了<建筑抗震设计规范>(GB 50011-2010)与<建筑抗震设计规范>(GB 50011-2001)中涉及场地勘察相关条文的规定,指出其相关条文的修改对盐城市区场地类别的划分、地震动参数的确定、砂土液化的判别、软土震陷的评价等方面产生的影响,以及今后在勘察中需注意的一些问题,并提出了相关建议.     

爆破对岩爆产生作用的初步探讨

几个典型工程实例表明，岩爆发生的控制性因素主要是应力与岩性的关系，开挖爆破对岩爆的发生起着某种重要的作用，但这种作用一直未得到充分地认识。文章分析了开挖爆破产生的应力波在围岩中的传播及对围岩的影响：爆破产生的P波和Rayleigh波将分别在围岩中形成垂直和平行于围岩表面的拉张破裂面，这些破裂面可能是微观的，也可能是宏观的，它们为岩爆的发生提供了物质基础。文章最后通过岩爆实例及深井稳定性问题指出：开挖爆破不仅是岩爆的诱发性因素，在某条件下而且是一种控制性因素。     

起伏地表地震波场定向照明方法

基于惠更斯-菲涅尔原理和组合震源理论,提出了起伏地表情况下地震波场定向照明分析方法。该方法根据地表起伏形态和给定的照明方向进行坐标系变换,在新坐标系中计算组合震源的激发延时并模拟起伏地表定向的地震波场,从而得出地震波场源-检定向照明度。简单的二维起伏速度模型和起伏的Marmousi模型数值试验验证了该方法的有效性,表明通过坐标变换进行地震波场定向照明分析在地表起伏的勘探区域具有较大的适用性和灵活性,可以用来分析地下复杂构造对照明能量分布的贡献。     

基于随机理论的Nash汇流模型初探

在Nash模型中引入随机微分方程理论,分别假定模型具有随机输入和随机参数的情况,对汇流过程的随机性进行了分析和探讨,并将随机汇流模型应用到沿渡河流域,取得了满意的效果.在Nash模型中引入随机理论,不仅可以给出汇流系统输出的数学期望,而且可以同时给出输出的均方差.这样就能够正确地反映出随机性因素对汇流过程的影响.     

隧道衬砌冻胀压力问题研究

冻胀压力的量值和分布不仅取决于围岩的性态和气象条件,而且同衬砌结构的材料、刚度以及施工质量密切相关,从岩石和土层两种围岩中衬砌承受冻胀压力的机理出发,探讨其计算方法.通过计算分析,对寒冷地区隧道衬砌的设计和施工提出了若干建议.     

GIS支持下人类活动对地下水动态影响的定量分析

应用地球动力学原理分析和研究了人类活动对水资源变化的影响,提出可将人为作用影响作为一个综合性的抽象指数,通过求取其它因素的变化利用余差法反求得到的计算思路.借助于GIS技术,建立了度量人为作用对地下水动态影响的通用数学模型,并用实例进行了验证,计算结果与实际情况相符,表明所提的方法是可行的.     

采煤对地下含水层的影响研究--以河南焦作矿区为例

大规模煤炭开采导致了地下水环境演化轨迹严重偏离天然状态的演化方向,引发了诸如地下水位下降、降落漏斗形成和扩展、水质恶化等一系列的地下水环境问题,并反作用于矿区的经济发展和居民的生产生活,使矿区陷于生态环境恶化、经济发展迟缓的境地。究其根本原因,就在于大规模煤炭开采造成了矿区含水层结构变异,进而导致了区域含水介质发生非均质性变化,最终影响了地下水循环演化态势。因此,开展含水层变异研究,揭示采煤对区域地下水环境演化的影响,显得尤其重要。以焦作矿区为例,通过野外调查、资料收集等工作,研究了采煤前后含水层环境的变化,阐明了采煤活动对地下含水层的影响。     

基于ANSYS的套管对EM-MWD信号传输的影响分析

评价电磁波随钻测量（EM-MWD）信号传输效果,不可忽视套管对信号传输的影响,而套管对信号传输影响极为复杂,很难用数学模型进行全面分析。基于此,采用ANSYS有限元软件,对EM-MWD在套管中信号传输进行建模仿真,从地面电流密度及接收信号压差方面,分析套管对EM-MWD信号传输影响规律。仿真结果表明：绝缘短节出套管,套管对信号起引导作用,反之,套管对信号起屏蔽作用;低电阻率钻井液对EM-MWD在套管中的信号传输影响大。     

城市地铁转弯段施工对近邻桥基的影响研究

结合北京地铁10号线国贸站转弯段施工对邻近桥基影响的这一实际工程问题，运用ABAQUS软件，在对施工过程进行动态模拟的同时，重点研究了施工过程中19-3号桥基的变形和受力性态以及桩土相互作用机理，并将部分计算结果与量测结果进行了比较，取得了一系列的成果。研究表明，施工期间桥基没有工程安全隐患，既有的施工方案是合理可行的。     

基于Mamdani FIS模型的滑坡易发性评价研究

滑坡的形成是众多非线性关系的影响因子相互作用的结果,传统滑坡预测方法需要大量实地勘查数据。利用Mamdani FIS(模糊推理系统)模型对三峡库区巴东-秭归段进行滑坡易发性预测,并对结果进行评价。通过地理信息系统(geographic information system,GIS)、遥感(remote sensing,RS)技术和区域地质背景资料获取地形类、生态环境类和地质背景类共3类7种滑坡影响因子,建立了192条相关的推理规则,在Matlab平台下基于Mamdani FIS模型得到研究区滑坡易发性预测指数,并生成滑坡易发性区划图。预测结果的受试者工作特征曲线下的面积值为82.8%,显示滑坡评估效果良好。结果证明,与其他模型相比,基于空间信息技术的Mamdani FIS模型,利用其非线性分析能力和基于专家意见的推理规则,评估滑坡易发性时不需要先验知识支撑,简化了模型使用时对数据的要求。另外,该模型只需通过专家意见改变推理规则就可以应用于不同的地质地理环境区域,显示其较强的适应性。