矿物微观结构的多重分形

分形与多重分形已广泛地应用于不同领域, 不同尺度下的各种分布特征研究更是受到广泛关注.以云南个旧松树脚矿田中2件含矿矽卡岩样品中黄铁矿颗粒为研究对象, 通过分形与多重分形方法研究了黄铁矿颗粒在二维空间上的分布特征.结果显示, 黄铁矿在微观尺度空间上的分布不均一, 具有明显的分形与多重分形分布特征.所选研究区外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩和接触带矽卡岩型块状硫化物矿石显微照片分析结果显示, 前者黄铁矿颗粒分布的盒子维数D₀、信息维数D₁、关联维数D₂及广义多重分形维数D_q的变化范围均较小, 而后者较大; 前者外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩含矿性相对较弱, 而后者矿石矿物相对富集.从这个意义上说, 分形与多重分形维数与样品含矿性有一定的对应关系, 因此, 分形与多重分形分析有望进一步为岩石含矿性的定量化评价提供微观尺度上的证据.      

岩石节理张开度的分形描述

本文应用分形理论,建立了描述岩石断裂面的自仿射随机分形理论模型。根据该模型探讨了岩石断裂面张开度与自仿射分形维数之间的关系,并对影响张开度的诸因素进行了分析。研究表明,分形维数可用于定量刻划断裂面的平均张开度。     

岩石节理张开度的分形描述

本文应用分形理论,建立了描述岩石断裂面的自仿射随机分形理论模型。根据该模型探讨了岩石断裂面张开度与自仿射分形维数之间的关系,并对影响张开度的诸因素进行了分析。研究表明,分形维数可用于定量刻划断裂面的平均张开度。     

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。     

土壤水分特性曲线的分形模拟

应用Menger海绵结构模型,推导出包含有分形维数的土壤水分特征曲线的解析模型,该模型与Brook Corey (1964)及Campbell (1974)经验模型的结构相似。通过对不同地区所采集的10种土壤样本利用压力薄膜仪实测得到水分特性曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地、结构之间的关系,结果表明分形维数随土壤粘粒含量的增大而增大,随砂粒含量的增大而减小。同时对土壤水分特性曲线模型的分形维数与基于质量的土壤颗粒分布分形维数进行了比较,结果表明,两者十分接近,而且具有良好的线性相关关系。根据上述关系,利用易测得的土壤粒径分形维数结合所推导的解析模型,对土壤水分特性曲线进行了预测,预测值与实测值具有良好的一致性。     

土-水特征曲线的分形特性及其分析拟合

为了建立一种参数有明确物理意义的土-水特征曲线拟合方法,基于分形理论,给出了一种直接通过土-水特征曲线实测数据求解分维数的计算方法,建议了一种土-水特征曲线拟合分析的分形模型。为验证所建议拟合方法的合理性,采用液压千斤顶制作了7个不同干密度黏性土试样,利用压力板仪测量了土-水特征曲线。基于土-水特征曲线实测值计算了分维数,在此基础之上对土-水特征曲线实测数据进行分析拟合。结果表明：分维数计算及拟合分析时,7个试样相关系数都集中在0.97～0.99之间,从而证明了土-水特征曲线具有良好的分形特性,建议的拟合方法效果较好。此外,研究发现,分维数、进气值随干密度几乎呈线性增加,据此建议了一种不同压实度下的土-水特征曲线预测方法,其预测结果与实测值吻合较好。     

基于热力学模型的煤孔隙结构分形表征

煤的孔隙结构复杂,难以用传统的欧氏几何理论描述其复杂性,而分形理论可定量表征孔隙结构的复杂程度。通过对渭北煤田韩城矿区10个煤样进行的压汞实验,采用热力学分形模型,获得了煤的渗流孔的分形维数,定量表征了煤的孔隙特征,并探讨了分形维数与渗透率的关系。研究表明：对于同等变质程度的煤来说,煤中吸附孔越多,孔隙分形维数越大;煤孔隙分形维数与渗透性呈负相关关系。由此可见,煤的渗流孔分形维数可作为煤储层渗透性评价的定量指标之一。     

韩城矿区构造煤纳米级孔隙结构的分形特征

构造变形可以引起煤纳米级孔隙结构的变化,变形机制的不同对孔隙结构的影响程度也不同。煤的孔隙非均质性极强,传统实验方法难以准确地描述孔隙结构的复杂性,而分形理论提供了描述这一复杂性的量化方法。基于渭北煤田韩城矿区不同类型构造煤的低温氮吸附实验,采用分形FHH方法,定量表征了构造变形对煤纳米级孔隙结构的影响程度。结果表明:韧性变形煤比脆性变形煤的孔隙分形维数高,孔隙结构复杂,非均质性增强,导致毛细凝聚效应增强,吸附滞后突出;构造煤分形维数随着平均孔径的降低和中孔含量的升高而增大,说明构造变形程度越大,平均孔径越小,孔隙结构越复杂。研究认为,分形维数定量反映了煤构造变形的强弱,可以指示煤中纳米级孔隙结构的变形程度。      

土壤分形结构对其水力性质的指示作用

研究土壤的水力性质是进行生态水文模拟、农业水分管理和环境监测的关键,然而强烈的空间变异造成土壤的物性特征异常复杂,特别是水力性质测定困难,试验结果随机性强,耗费大量人力物力,却难以准确描述。本文在综合分析了国内外30余种量化土壤水力性质的研究方法的优劣后,系统总结了分形理论在土壤物性特征研究中的应用,剖析了分形理论与土壤水力性质之间的关系,旨在探讨土壤分形结构在水力性质领域的发展前景,以及在测定水力特性参数时所具备的优势。结果表明：(1)采用分形方法定量研究土壤结构具备可行性;(2)分形结构方法能够指示水力性质,并能为快速准确刻画不同尺度下的土壤水分分布特征提供科学依据;(3)利用已知土壤水力性质建立分形模型可以有效反演土壤结构。     

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。     

波形长度分形维数在结构振动诊断中的应用

在Hausdorff 维数和分配维数的基础上,采用拓扑映射技术,提出了振动波形长度分形维数的定义和计算公式,并对其数学严密性进行了证明.结合工程实例探讨了基于振动波形长度分形维数计算的结构振动诊断技术:模型增长法和滑动窗法.该技术对于波形异常检测表现出精度高、抗噪能力强及自动快捷等优势,构成了一条分形理论用于结构振动诊断的有效技术路线,具有良好的应用价值.     

饱和软土微结构分形特征的试验研究

分形几何学是研究具有自相似性的不规则曲线、具有自反演性的不规则图形、具有自平方性的分形变换以及具有自仿射的分形集等内容的一种理论,是岩土微观结构力学研究和应用的新的生长点。将分形几何学的理论运用于饱和软土微结构研究,关键是获得微结构的参数。利用液氮真空冷冻制样技术、扫描电子显微镜技术和计算机图像处理技术,对广东科学中心饱和软土颗粒分布分维值和孔隙分布分维值等微结构分形参数进行了提取,采用回归分析的方法,对颗粒分布分维值、孔隙分布分维值和孔隙度的关系进行了分析,明确了颗粒分布分维、孔隙分布分维等微结构参数的分形特征的宏观本质。     

基于孔隙分形维数的土壤大孔隙流水力特征参数研究

根据数字图像制备分析技术得到大孔隙数目、大小和形状等特征数据,用分形理论计算孔隙分形维数,并对两类不同质地土壤的孔隙分形维数进行分析比较,应用基于孔隙分形维数的大孔隙分形模型,建立了土壤水分特征曲线和非饱和导水率的预测模型。结果表明,孔隙分形维数D_v可定量描述不同质地土壤结构,其模型预测精度优于颗粒大小分布估计的分形模型,可用于实际问题的研究。     

分形理论在深部粘土孔隙分布特征研究中的应用

针对深厚表土层对煤炭资源开采可能带来的安全生产及地表环境破坏问题,利用分形理论方法研究了鲁西南地区大埋深粘土的微孔隙发育规律。研究表明,该区深部粘土孔隙累计分布与孔径大小之间在双对数坐标下具良好的线性关系,相关系数在0.90以上。说明深部粘土中孔隙分布的分形结构是客观存在的,而分维值能真实地反映粘土孔隙特征,可作为一个综合指标,它也是土体孔隙定量描述的有效途径。这种粘土的孔径大于1μm左右时,其分维值在2.5~2.6。同时得出︰孔隙孔径2μm左右是该区深部粘土孔隙性质变化的界限。     

基于分形理论的遥感蚀变异常提取和分级

分形理论研究自然界和社会活动中广泛存在的无序（无规则）而有自相似性的系统。在地球系统中,许多地学现象的空间展布具有分形结构。蚀变作为一种地质记录,其分布具有明显的不均匀性。同时蚀变也是一种异常,而分维与异常又往往具有一定的关系。利用分形理论的求和法（即像元亮度-面积模式）进行遥感蚀变异常的提取和分级较为有效,可以弥补传统的门限化方法和利用灰度直方图目视确定突变点方法的不足。     

基于分形理论的遥感蚀变异常提取和分级

分形理论研究自然界和社会活动中广泛存在的无序（无规则）而有自相似性的系统。在地球系统中,许多地学现象的空间展布具有分形结构。蚀变作为一种地质记录,其分布具有明显的不均匀性。同时蚀变也是一种异常,而分维与异常又往往具有一定的关系。利用分形理论的求和法（即像元亮度-面积模式）进行遥感蚀变异常的提取和分级较为有效,可以弥补传统的门限化方法和利用灰度直方图目视确定突变点方法的不足。     

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.     

一种遥感蚀变提取方法在地质找矿中的应用

正目前国内外遥感蚀变信息提取主要采用比值法、主成分分析法、光谱角法(田淑芳等,2013),在对蚀变分量进行阈值分割时大多使用基于统计学模型的门限化方法(Zhang Yujun et al., 2007),然而掩膜后的区域会使得统计参数产生偏移,当数据不服从正态分布时,提取的蚀变信息会存在较大误差。