动态冲击下锦屏大理岩力学响应与能量特性

为了分析锦屏水电站大理岩的动力学响应和能量特性,采用分离式霍普金森压杆对岩样开展了动态压缩试验,并引入分形维数定量表征试样的破碎形态、能耗特性及其与应变率的内在关系。结果表明：动态载荷下大理岩应力-应变曲线初始压密段不明显,当应变率较低时,应力-应变曲线呈现出回弹现象;试样峰值应力随应变率的增大而增加,且动态抗压强度与应变率对数呈线性关系;试样能量时程曲线呈“S”型演化,入射能、反射能及透射能均随应变率的增高而增大,动态抗压强度与能耗密度呈对数增长关系;随着比能量耗散值或应变率的增加,试样破坏程度和分形维数均逐渐增大。本文研究对提高爆破等动态荷载下岩石损伤破坏机理的认知具有一定参考价值。     

冲击荷载下玄武岩纤维水泥土吸能及分形特征

为研究玄武岩纤维对水泥土冲击破坏过程中能量吸收及碎块块度分布特征的影响,采用Φ50 mm变截面霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置对不同玄武岩纤维掺量的水泥土进行了冲击压缩和动态劈裂试验,分析了冲击荷载作用下玄武岩纤维掺量与水泥土吸收能、破坏形态和分形维数 的关系,试验结果表明：随着玄武岩纤维掺量的增加,水泥土吸收能呈先增大后减小的趋势,超过最佳掺量后,由于纤维-纤维薄弱面的存在,水泥土吸收能减少;冲击破坏后水泥土破碎块度分布是具有统计意义上的分形,冲击压缩试验中水泥土破碎块度平均粒径随玄武岩纤维掺量的增加而不断增大,对应的 值总体上呈现不断减小的趋势;在动态劈裂试验中,玄武岩纤维掺量在0～2.0%范围内,水泥土破碎块度平均粒径呈现上升趋势, 值不断减小,玄武岩纤维掺量超过2.0%后,平均粒径有所降低,对应 值增大。玄武岩纤维水泥土吸收能和 值之间有着密切的联系,冲击压缩试验中,吸收能在分形维数为2.20～2.26范围内呈先增大后减小的趋势,而在动态劈裂试验中,吸收能在分形维数为1.85～2.20范围内总体呈现下降趋势,两者具有一定的负相关性;合适掺量的玄武岩纤维对水泥土动态特性起着积极作用,通过试验得出玄武岩纤维的合适掺量为1.5%～2.0%。     

动态载荷下大理岩断口形貌特征试验研究

为了探究动态载荷下大理岩的断口形貌特征,本文先利用分离式霍普金森压杆对岩样进行不同弹速下的冲击压缩和动态劈裂试验。接着,采用钨丝灯扫描电镜对岩样断口形貌进行细观观察,对比分析了不同试验条件下岩样的断裂模式。最后,引入分形维数定量表征了岩样断口细观形貌及其粗糙程度与冲击弹速间的内在关系。结果表明:在动态载荷下大理岩断口呈脆性特性,其基本断裂模式为沿晶断裂或穿晶断裂;高弹速冲击下,岩样断裂花样变小变密,表面附着岩粉趋多;相对于动态劈裂试验,动态压缩后岩样的破碎程度要高,断口花样中穿晶断裂形式所占的比重较大;随着弹速的增加,动态劈裂和动态压缩断裂模式均由耗能较低的沿晶断裂向耗能较高的穿晶断裂转变,分形维数值相应增大,但动态劈裂试验中分形维数值比动态压缩试验的应变率敏感性更加明显。     

冲击地压防治中的分数维

本文对门头沟煤矿九龙盆地区人工开采活动调整前后的微震活动的分维结构变化进行了分析。结果表明矿山微震活动具有分形结构，采区微震空间变化的分形维数可以作为采掘生产布局的合理性和采区冲击危险性的定量评价指标，它也是冲击地压预测的有效指标之一。     

人工冻土破碎块度分布的分形性质

从分形几何的观点出发，通过对冻土模型的爆破试验，着重对试样爆后破块块度分析进行了统计分析。结果表明，冻土爆后块度分布是个分形，分形维数不仅是反映冻土破碎程度恰当的统计特征量，而且与试样冻结温度密切相关，还探讨了分维值与冻土抗压强度的关系。     

含水状态下弱风化泥质粉砂岩冲击破碎的分形规律研究

水对岩石的物理力学性质影响较大,研究不同含水状态下岩石受冲击荷载后破碎物的分形规律具有较强的现实意义。借助于分离式霍普金森杆（SHPB）实验装置,开展不同含水状态的泥质粉砂岩的冲击试验,然后对破碎物的块度分布进行深入分析,并基于尺寸-频率分析方法,重点对破碎物颗粒粒径分布的分形规律进行探讨。结果表明,随着加载速率的提高,泥质粉砂岩冲击破碎物单块体积普遍减小,残留碎块的数量越多,破碎的程度也越高,此时分形维数越小;含水率越大,小颗粒比例越大,岩样破碎程度越高,饱水状态岩样的分形维数较其他两种状态大,天然含水状态和自然吸水状态岩样冲击破碎的分形维数较为接近;当冲击速度较大时其将成为影响分形维数的主要因素,含水率的影响相对较小。     

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。     

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。     

基于单轴压缩试验的不同风化程度花岗岩分形特征分析

风化花岗岩物理力学性质的弱化给工程稳定性带来很大影响,因此,研究不同风化程度花岗岩的破坏特性具有重要意义。利用河南五岳抽水蓄能电站库区采集的风化花岗岩,结合现场岩芯特征的定性描述及波速比定量评价指标,划分出了微、弱、强3种不同风化程度的花岗岩;对单轴压缩破坏后产生的碎屑进行质量和尺度的特征分析,在此基础上建立了碎屑分形维数值与波速比之间的对应关系,并利用MATLAB对花岗岩破坏后主破裂表面裂缝进行分形维数计算。结果表明：风化试样产生的碎屑以粗粒组为主,且随风化程度增强,粗粒组碎屑质量占比逐渐增大;强风化岩石碎屑长厚比分布范围小,块状碎屑占比低,破坏动力学特性不明显,其形状更单一,主要以板状为主;随着风化程度的降低,块状碎屑含量增多,岩石动力学破坏特征增强,碎屑分形维数随着表征风化程度波速比的增大而呈增大趋势;相较于碎屑质量、宽度和厚度,碎屑数量和长度是影响碎屑分形维数的主控因素,是反映不同风化程度花岗岩破碎分形特征的主要参量;强风化类组花岗岩表面裂缝分形随波速比变化不明显,而弱风化、微风化花岗岩的裂缝分形维数随波速比增大而呈显著增大趋势,说明其自相似程度更高,形状更复杂,而在裂缝形成过...     

岩石声发射Kaiser点信号频带能量分布和分形特征研究

通过单轴加载岩石破坏全过程声发射试验,根据Kaiser效应原理采用参数法确定了Kaiser点.在此基础上,首先采用小波包频带分解方法,对岩石声发射Kaiser点信号的能量分布特征进行了研究,分析了砂岩声发射信号的不同频带能量分布规律,得到了Kaiser点特征频带能量百分比大于相邻点的重要结论.其次,采用G-P算法计算了声发射过程关联分维数,结果表明声发射过程不仅具有分形特征,而且Kaiser点声发射信号关联分维数小于其相邻点,其结论可作为通过波形分析识别Kaiser点的特征.     

高能量冲击下淤泥土体能量传递规律试验研究

以往动力排水固结室内模型试验,通常冲击能量低,软土物理力学响应激发不够,难以寻求与工程实践相符的能量传递规律。利用可提供高冲击能的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,对淤泥类超软土进行静动力排水固结模型试验,获得了高能量多遍冲击作用下竖向与表层水平向能量传递规律：（1）冲击荷载下浅层土中相应土压增量始终最大,但随着夯击遍数增加,其下土层土压增幅随之相对增大;而就土层压缩量而言,首遍夯击下浅层土最大,此后中层与深层之值均大于浅层土之值,且其比值随着夯击遍数增加而增大,表明了主要压缩区向下移动;（2）静动力排水固结法中,冲击能量初始主要作用于浅层,此后随着淤泥力学性质不断沿深度方向改善,能量逐渐向下传递以主要加固下层及深层土体;（3）夯击作用下土层表面同一位置处竖向质点振动速度最大,径向次之,环向最小,且在一定的距离处趋向同一稳定值;振动加速度亦呈现相同的变化规律;模型试验得到的振动主要影响范围与实际工程一致。     

冻土冲击韧度与凿碎比能关系的试验研究

冻土的冲击韧度与试块破坏断口的平整度反映了冻土的冲击特性。冻土凿碎比能是表示凿碎单位体积冻土所消耗的功,它反映了冲击破碎冻土的能力。以冻结粘土为试样,利用摆锤式冲击试验仪进行不同温度、不同冲击能量的带缺口的冲击实验,利用凿测器进行了冻土凿碎比能试验。实验结果表明,冻结粘土的冲击韧度随温度降低而增大,随冲击能量的增加而增大。随温度的降低,试样的破坏断口的凹凸不平度增大,其范围在±3mm之间。随着温度的降低,冲击凿入深度越来越浅,冻土的硬度越来越大,钻进程度越来越难。通过回归分析,凿碎比能随着冲击韧度的增加而增大,且在冲击韧度一定的情况下,随着凿入次数的增加,凿碎比能增加的值越来越小,凿碎比能与冲击韧度的相关性较好,表明用冻土的冲击韧度来反映凿碎比能是可行的。     

砂性土渗流的分形特征研究

针对砂性土颗粒结构的复杂性和不规则性,从颗粒级配和达西定律出发,基于分形几何理论,通过颗粒分析和渗透试验,建立了砂性土颗粒级配分形维数与不均匀系数的关系,从而揭示了级配分形维数的物理意义;通过线性回归,进一步探讨了级配分形维数与渗透系数之间的相关关系。研究发现:级配越好,不均匀系数越大,分维越小,渗透系数也越小。结果表明,级配分形维数是刻画砂性土的颗粒组成及其级配特征的有效参数,直观定量地描述了土的渗透性能,从而为多孔介质以及断层破碎带等裂隙介质的渗透性研究提供了一种较好的研究思路。     

断层分布分形特征模拟研究

采用计算机模拟的方法,较为详细地考察了评价断层复杂程度的各单项指标与分形维数的变化关系,指出影响分维数变化的敏感性因素是断层的数目和分布均匀程度。为采用分形手段研究断裂机理提供了初步的理论基础。      

铜陵冬瓜山铜矿床的品位分形结构特征及其地质意义

文章以冬瓜山铜矿床为研究对象,应用分形理论对矿床品位的分形结构特征进行研究,计算了主矿体整体和不同区段的品位分布的分维数D值,D值变化反映矿体在50～52线之间变化最不均匀,为确定勘探网度和矿床经济价值评估提供有益的参考.     

冲击荷载下土体位移特征研究

建立了冲击荷载作用下土体动力压密有限元方程及其数值计算方法。用Ansys-Ls-dyna软件包对山西化肥厂地基冲击荷载作用后土体的动力响应进行了分析,得出了冲击荷载作用下分层土体中的位移分布特征及其它们的变化过程,计算结果与实测结果吻合较好。研究结果表明：冲击荷载作用下土体位移的影响范围为一椭球体。侧向加固半径距荷载作用中心接近2D(D为夯锤直径),荷载作用中心下加固深度能达到2D甚至更大。     

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。