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。     

多重分形在海积软土微观结构研究中的应用

本文将多重分形谱引入到土微观结构分形研究中,对天津市滨海新区三个不同地点海积软土原状样及不同固结压力后土中孔隙的多重分形特征进行研究,从多重分形的角度对孔隙的不均匀性进行定量描述,并建立孔隙多重分形谱各特征参数与荷载之间的关系.结果表明三个地点的海积软土孔隙多重分形特征存在差异.     

岩体裂隙网络的不均匀系数

本文应用多标度分形理论,提出了描述岩体裂隙网络中裂中裂隙分布不均匀性的新指标－岩体裂隙网络的不均匀系数。研究表明,该指标可以充分反映岩体裂隙网络的不均匀程度。     

基于多重分形理论的土壤水非均匀流动分析

通过显色示踪方法研究了粘土土质、不同边界条件下的非均匀流动模式。20,40,60和80 mm的4组入渗水量条件下流动模式由面积较小的优先流逐步过渡到局部和全局性基质流,采用最大入渗深度分布和实际入渗深度分布对非均匀流动进行了特征,4组试验非均匀流动均具有多重分形性质,多重分形谱与流动非均匀性具有显著的关系,非均匀流动多重分形谱的基本性状由土壤介质性质决定,而流动的非线性主要影响多重分形谱曲线形状。     

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。      

裂隙网络多标度分形计算机模拟

岩体裂隙网络是不均匀，非对称的复杂分形，用简单分数维不能刻画其特征，必须采用多标度分形来研究，才能全面客观地描述其本质。文中介质了隙网络多标度分形计算机模拟原理与方法。     

五大连池玄武岩三维孔隙组构的多重分形特征

通过CT扫描,获得了黑龙江省五大连池火山群中第4层玄武岩样本的1 423张高精度图像,利用数字图像分析方法识别出了玄武岩三维孔隙组构,基于二维切片序列重构了三维孔隙柱体,计算了孔隙的基本统计参数。结合分形与多重分形技术,利用多重分形分析矩方法对三维孔隙结构作了定量研究分析。分析可知,所取玄武岩样品几何结构复杂,非均质性强。多重分形维数谱函数f(α)呈连续分布,f(α)均为不对称的上凸曲线,表明岩石孔隙分布不均匀,具有明显的多重分形特征。三维孔隙结构的多重分形分析及三维重构技术可望进一步为岩心孔隙结构的定量化研究提供微观尺度上的证据。     

基于分维数的土体裂隙表征单元体估算

由于干湿循环、剪切或其它作用,自然界土壤表面发育着大量裂隙。裂隙相互连接形成网络,裂隙网络是一个随机无序的系统,常规统计方法描述裂隙的分布特征存在很大的难度。网状土体裂隙一般具有分形特征,可以用分维数来进行描述。用数码相机拍摄土体表面的裂隙,将其转换成灰度图像,并结合分形理论,建立了摄影法测定土体裂隙分维数的方法,得到了土体裂隙的分维数。根据表征单元体的物理意义,建立了基于分维数估算表征单元体的方法,并对实例进行了分析。研究表明：分维数随裂隙密度,裂隙宽度和次一级裂隙发育程度的增大而增大;表征单元体与裂隙的密度均匀性和隙宽均匀性相关,基于分维数估算表征单元体的方法简便可行。     

新疆塔里木盆地艾协克—桑塔木南地区油气地球化学指标的多重分形性分析

用分形与多重分形的方法研究地球化学场中地球化学指标的分布规律具有重要的意义。本文运用多重分形矩方法研究了新疆塔里木盆地艾协克一桑塔木南地区2000km^2内采集的2085个土壤样中20项油气化探指标的多重分形谱函数形态特征。结果表明，主要成油气指示指标的多重分形谱基本上呈单一“钩状”，显示较弱的多重分形或单一分形；而其他指标多显示较强的多重分形特征。这些性质在研究区广泛存在，将对区域含油性研究有重要的指示意义。     

贵阳鱼简河水库坝址区岩体结构面的多重分形

研究了贵阳市鱼简河水库坝址区岩体结构面的多重分形。在研究区分别运用不同剖面岩体结构面测量统计结果进行多重分形分析,首先,利用选定的A区进行结构面多重分形分析,依次选取不同的单元尺度值将该区域划分为正方形网格并测量出每个单元的信息量;取适当不同的实数值,计算分配系数;利用直线拟合方法算出幂指数;利用有关方程,求出多重分维值、奇异指数和分维谱函数。然后,运用同样方法对其它选定的区域进行多重分形,分别计算出多重分维值、奇异指数和分维谱函数并进行对比,得出A区岩体结构面的多重分维值、奇异指数和分维谱函数最大值和平均值均较大,表明A区岩体结构面较发育且复杂,亦说明A区岩体的工程性质较差,并根据多重分形结果列出了各岩体质量优劣的大致排列顺序。     

粗粒土渗透性能的试验研究

粗粒土作为土和块石的介质耦合体,具有非均质性、非连续性及试样的难以采集性等内在的独特性质,从而给研究带来极大的困难。粗粒土属于典型的多孔介质,其渗透特性与砾石的百分含量关系密切。利用自制的常水头渗透仪,测定了不同含砾量时粗粒土渗透系数值,研究发现含砾量与粗粒土渗透系数之间存在指数关系。在工程设计中可以通过合理调整粗粒土砾石的含量,达到控制其渗透性能的目的。基于幂平均法,提出了粗粒土复合渗透系数的计算公式,并通过试验结果验证了该式的正确性,为粗粒土渗透系数的理论计算提供了一个简明实用的计算工具。     

深部大断面厚顶煤巷道围岩稳定原理及控制

针对深部高地应力、大断面、厚顶煤巷道围岩控制难题,采用理论分析、数值计算等方法研究了其变形破坏机制及其控制技术。研究结果表明,深部大断面厚顶煤巷道顶煤塑性区呈“拱形”或上宽下窄的“倒梯形”形态,直接顶塑性区则呈“矩形”形态,且存在肩角稳定区域。提出了“倒梯形”塑性区形成的层理面剪切破坏作用机制：在深部高应力（尤其是高水平应力）以及顶煤较大下沉产生的附加水平应力作用下,顶煤和直接顶之间的层理面发生剪切破坏,并引起其附近煤体破坏,促进了顶煤“倒梯形”塑性区的形成。基于此,提出了高强高预紧力锚杆和斜拉锚索梁联合支护围岩控制技术,认为斜拉锚索可锚固在肩角稳定区域,并起到限制顶煤与直接顶岩层之间层理面的剪切变形、阻止顶煤塑性区由“拱形”向“倒梯形”发展的作用。研究成果成功应用于工程实践     

任丘油田雾迷山组白云岩储集层的渗透性试验研究

运用815.02型电液伺服岩石力学试验系统对任丘油田雾迷山组18块白云岩岩芯的渗透性进行了测试.结果表明,溶蚀孔洞型中-亮晶藻屑白云岩和角砾岩,初始和峰值渗透率均较高(分别为143.10×10^-7-206.00×10^-7Darcy和386.80×10^-7-790.00×10^-7Darcy),而且破坏强度较低(35.8MPa-55.3MPa);裂隙型白云岩初始渗透率为1.48×10^-7-23.40×10^-7Darcy,峰值渗透率32.13×10^-7-202.10×10^-7Darcy;泥质白云岩和硅质白云岩,岩性致密,初始渗透率几乎为零,峰值渗透率66.00×10^-7-152.20×10^-7Darcy,而且其破坏强度最高可达107.50MPa.同时运用Amray 1000B型电子扫描显微镜和9310型微孔结构分析仪研究了空隙发育对渗透性的影响.     

煤层气羽状水平井开采数值模拟研究

建立了煤层气定向羽状水平井开采的数学模型,该模型考虑了地层非均质和各向异性的影响、渗透率的压力敏感性和主支、分支井筒内压降影响;本文给出了数值模拟方法,实现了数值模拟计算;并分别对理论模型和樊庄区块煤层气试验区所设计的羽状水平井进行产能预测,证明了模型及算法的正确性。      

大庆油田葡一油层组高精度层序格架内储集砂体的沉积构成及其对油田开发的意义

大庆油田北三区上白垩统葡一油层组以高频湖进面可划分为3个四级和8个五级的高精度层序地层单元。以密集开发井资料为基础追踪这些层序单元可为储层砂体研究提供精细的等时对比框架。该油层组的主要储集砂体多为复合型砂体,由各种单一砂体相互叠置和切割所形成,包括下切河道（谷）分流河道复合砂体、水下分流河道上叠水上分流河道复合砂体、分流河道上叠河口坝砂体、决口水道上叠决口三角洲砂体等复合类型。这些砂体的内部沉积构成复杂,控制着厚油层储层物性的非均质性变化。在高精度层序框架内可划分出3个砂体复合带,其沉积构成的差异对剩余油的分布具有重要影响。主河道复合砂体带的孔渗性和连通性好,易形成上部层内和隔层非均质性剩余油;河道边部-河口坝复合砂岩带结构复杂,隔层发育,易形成平面未波及或物性变化导致的剩余油,应是区内剩余油挖潜的重要相带;边缘砂坝-决口扇-越岸泛滥砂泥岩互层带砂体分布局限,孔渗性和连通性差,由于井网控制不够或连通性差形成剩余油。     

岩石非均质度对其力学性能的影响研究

根据非均质岩石参数赋值方法具有随机性的特点,以随机参数的变异系数定义岩石非均质度,推导了Weibull分布参数赋值方法的非均质度计算方法,并与形状参数进行了对比分析;推导了基于矿物细胞元参数赋值方法的岩石非均质度的计算方法;利用上述2种赋值方法研究了岩石非均质度对其力学性能的影响。研究结果表明,利用变异系数定义岩石非均质度是合理的,可用于描述不同非均质岩石模型的非均质程度;非均质岩石的力学特性由细观单元力学特性和其非均质特性共同决定,岩石的非均质性对其极限强度具有弱化影响;对于不同的非均质岩石模型,可建立相同的线性函数关系表示非均质岩石极限强度受其非均质度的影响。     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

大采高综放面区段煤柱合理留设研究

侧向支承压力分布、资源回收率以及煤柱和巷道的稳定性是大采高综放面区段煤柱宽度留设要兼顾的因素,为了确定大采高综放面区段煤柱宽度,以某矿8103面为工程背景,首先,采用理论计算和现场应力监测等方法确定大采高综放工作面倾向支承压力分布规律,得出应力降低区宽度约为8 m,原岩应力区为巷帮侧28 m外。其次,采用工程类比方法确定大采高综放工作面巷帮外侧煤体严重破裂区宽度约为4 m。最后,采用FLAC3D数值软件分析了下区段工作面回采时窄煤柱（6、8 m）和宽煤柱（28、30 m）的应力场、位移场及塑性区特征,获得不同煤柱宽度时巷道和煤柱力学特征。研究表明：当煤柱宽度6 m和8 m时,在采动支承压力下煤柱几乎无承载能力,且巷道变形量较大;当煤柱宽度28 m和30 m时,在采动支承压力下煤柱中央仍有一定的弹性核,煤柱保持稳定且巷道变形量较小。综合考虑资源回收、巷道稳定性、次生灾害控制等因素,确定大采高综放工作面区段煤柱宽度为28 m。     

顶煤深孔快速定向成孔及输送炸药技术试验研究

针对下沟煤矿硬厚煤层的特点,试验了一种顶煤深孔快速定向成孔及快速装药的工艺方法。该法对硬厚煤层顶煤弱化提供了必要的技术支持。