软土固结过程中的微结构变化特征

从粘性土体结构系统观点出发 ,建立了土体结构形态概念模型 ,即土体微结构形态由颗粒形态、颗粒排列方式、孔隙性和颗粒接触关系 4种结构要素定性描述 ,这 4种结构要素分别由颗粒大小、颗粒形状、颗粒定向性等 9种结构参数定量刻划。根据土体具有的非线性特征 ,运用分形几何理论提出了粒度分维、颗粒定向分维等 7项定量表征土体微结构状态的分维指标。在此基础上 ,以厦门软土为例开展了软土固结过程中的微结构变化规律研究 ,发现固结过程中软土微结构要素调整变化具有明显的阶段性 ,前期为剧烈调整阶段 ,后期为缓慢变化阶段 ,整体表现为分维指标下降的趋势 ,从而为软土结构力学模型的建立奠定了基础。     

分形理论在汶南煤矿红层微孔隙结构特征定量评价中的应用探讨

运用分形理论对汶南煤矿红层的微孔隙发育规律进行了研究,结果表明,该岩层的孔隙分布具有自相似性,分维值是真实地反映孔隙特征的一个综合指标,分形统计方法是岩石孔隙定量描述的有效途径。有关方法、结论等可供进一步探讨。     

工程地质研究的新方法——分形及分维

法国数学家B.B.Mandelbrot创立的“分形几何学”(fractal geometry)已广泛应用于众多领域。分形(Fractal)与分维(fractal dimension)是科学家们近十年的热门话题,无论在物理学、化学、生物学、生理学,还是在地球科学、冶金技术及材料科学等,均能见到分形理论的辉煌成果。分形是指具有自相似性的几何对象。所谓自相似性是指局部与整体在形态、功能和信息等方面具有统计意义上的相似性,适当地放大或缩小分形对象的几何尺寸,整个结构并不改变。研究分形的几何学称为分形几何学。定量描述分形的参数就是分维。     

唐-曹高速公路软土的微结构特征研究

对软土地基处理技术研究己成为改善投资环境、加快环渤海地区建设、科学合理利用土地资源的重要研究课题。软土地基处理方法的科学合理与否,关键是从软土本身的结构特征揭示出影响软土变形和强度的本质因素。以唐-曹（唐山市至曹妃甸）高速公路通过地区的沉积软土为研究对象,综合海积软土的基本物理力学性质和微结构特征建立软土微结构量化参数。通过室内综合实验和理论分析,对海积软土微结构与宏观力学性质关系进行系统地研究,对海积软土的结构强度与工程效应进行论证,提出以建立在分维分形理论基础上的孔隙结构因子作为衡量海积软土结构强度和破坏趋势的综合性参数,且可以在求解先期固结压力的同时定量地确定土的结构强度,值得同行借鉴。     

新汶煤田红层孔隙结构的分形描述

本文运用分形理论，对新汶煤田红层的微孔隙发育规律进行了研究，结果表明，红层的孔隙分布具有自相似性，分维值是起初地反映孔隙特征的一个综合指标。     

四川盆地油气田空间分布的分形特征

本文运用分形理论对四川盆地油气田的空间分布特征了进研究。结果表明，油气田的空间分布可以统计地认为具有自相似性，分形几何学可以描述油气田的分布规律，应用盒维数方法计算了油气田空间分布的分维值，对不同区块的分维特征进行了比较，探讨了分维值的物理意义。实际资料计算结果显示，盒子数目与尺度有很好的相关性，其相关值均达０．９９以上。     

细粒土粒径与物理特性关系的分形特征研究

以某矿区原状土为研究对象,针对细粒土颗粒结构的复杂性和不规则性,基于分形理论,通过颗粒分析、渗透试验和界限含水率试验,建立了细粒土粒度分形维数与不均匀系数、渗透系数及界限含水率的相关关系,从而揭示了这一类土粒度分维的物理意义。试验研究表明:土的颗粒级配越好,分维越大,不均匀系数就越大,水通过孔隙的能力变弱,渗透系数则越小。当土分维数小于某一数值时,土的界限含水率随分维值的增大而减小;分维大于这一数值时,各界限含水率指标又与分维值呈正相关关系。研究结果为该地区这一类细粒土的工程特性提供较好的研究思路和理论支持。     

湘中锑庆床空间分布的分形特征

本文运用分形理论对湘中锑矿床的空间分布特征进行了研究。结果表明,锑矿床的空间分布可以认为具有统计自相似性,分形几何学可以描述矿田分布规律。应用计盒维数法计算了锑庆发布的分维值,对不同区块的分维特征进行了比较,探讨了分维值的地质意义。实际资料计算结果显示,盒子数目与尺度有很好的相关性,其相关系数均为０．９９以上。     

高速铁路地基黄土微结构的分形研究

基于分形理论,结合Photoshop等图像分析处理软件,在图像处理过程中选择适当的阈值,本文对郑州—西安客运专线地基黄土在动荷载作用下变形前后的孔隙微观结构进行分形研究。研究表明,黄土孔隙微观结构具有分形特征,揭示了黄土孔隙分形分维同孔隙比之间有近似直线的关系,且孔隙微结构分形分维越大,土体强度越大,反之越小。     

湘中锑矿床空间分布的分形特征

本文运用分形理论对湘中锑矿床（点）的空间分布特征进行了研究,结果表明,锑矿床的空间分布可以认为具有统计自相似性,分形几何学可以描述矿田分布规律。应用计盒维数法计算了锑矿床空间分布的分维值,对不同区块的分维特征进行了比较,探讨了分维值的地质意义。实际资料计算结果显示,盒子数目与尺度有很好的相关性,其相关系数均达０．９９以上     

基于室内模拟实验的软土固结沉降的分形几何

为了能够比较准确、简便地计算及预测软土的沉降,在Terzaghi一维固结理论的基础上,结合分形几何理论对软土的沉降计算进行了探讨和研究。首先通过室内模拟实验,获得了不同固结时期试样的孔隙比e、沉降量以及扫描电镜照片（SEM图片）;然后利用WD-5软件对SEM图片进行处理,并计算得到孔隙分布的分数维D_f;最后建立起e与D_f的函数关系,再结合Terzaghi一维固结理论建立了D_f与固结度、沉降量的关系方程并计算得到相应的固结度及沉降量。经分析得出：Df随着沉降量的增加而减小;软土在固结沉降过程中在42.33 h处有一个明显的拐点;利用Df建立的固结沉降模型计算的结果与试验实测的结果基本吻合。     

多孔介质渗透率的分形描述

针对土壤、岩石等多孔介质结构的复杂性,从其结构形成的物理机制和达西定律出发,利用分形几何理论,将土壤等作为在统计意义上具有分形特征的多孔介质来研究其水力参数与结构之间的关系,建立了饱和多孔介质渗透率与其分维数之间的定量化的函数式。试验应用扫描电镜法研究了多孔介质断面微结构并算出分维数。试验结果表明:利用该模型预测的多孔介质渗透率与实测值基本吻合,能够比较精确地预测多孔介质水力参数。     

季节冻土区路基土粒度成分的分形特征

以长春-四平一级公路、长春-松原一级公路及长春北某公路3处路基土样为研究对象,通过大量的室内试验数据,结合分形理论,讨论路基土粒度成分的分形结构,计算分形维数,并将分维数作为描述土粒度成分的指标,探讨其与土体冻胀的形式、冻胀量大小的关系。研究表明：分维数较大时易形成分凝冻胀,冻胀量较大;分维数较小时易形成原位冻胀,冻胀量较小。分维数与土的物理力学性质的回归关系表明,分维在一定程度上表征土的工程地质特征。     

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。     

钙质砂颗粒的形状分析

钙质砂是一种含碳酸钙达50 %以上的海洋生物成因的粒状材料。颗粒棱角度高、形状不规则,影响钙质砂的压缩、填充等力学性能。通过光学显微镜获取钙质砂颗粒的几何投影图像,借助Matlab图像处理软件,分别运用常规统计方法和分形理论对钙质砂颗粒的几何形态进行了描述,并结合钙质砂特殊的生物成因对其表现出的特性进行了分析。结果表明：钙质砂颗粒的形状具有分形特性,且随着颗粒粒径的减小,分形特性越明显。     

隧道超欠挖断面轮廓分形特征

对于极不规则的隧道围岩超欠挖轮廓,分形几何无疑是一个新思路。在测量数据的基础上,应用分形几何来定量描述围岩超欠挖轮廓线,表明隧道各类围岩的超欠挖曲线具有自相似性。在此基础上,进一步分析了各类围岩超欠挖曲线的分形维数与围岩类别之间的关系。研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数能较为直观地反映围岩类别,但其并不随着围岩类别的变化而呈线性变化;对于洞径一定的隧道,围岩超欠挖曲线的分形维数更能反映岩体结构和洞轴线之间的关系,这为准确预测掌子面前方围岩超欠挖情况奠定了理论基础。     

动力排水固结前后软土微观结构分析

通过液氮冷冻干燥制样技术制备饱和软土试样,借助扫描电子显微镜技术,得到经室内动力排水固结前后土样的微观结构图像,用编制的计算机程序分析其微观结构参数变化。通过比较试样的孔隙个数、总面积、总周长、面积分级、平均孔径、形状系数、圆度和各向异性率、分形维数,研究了在动力排水固结作用下土体微观结构在垂直向和水平向发生的变化。     

西藏樟木滑坡群的分形特征及其意义

根据分形理论，以西藏樟木滑坡群为例，详细分析了滑坡活动时空结构的信息维特征和滑动带土粒度分布的分形结构特征。结果表明，滑坡活动具有很好的分形现象；滑动带土的粒度分维值一般在２～３之间，其平均值约为２．８，分维可作为描述滑动带土粒度成分的参数。在此基础上，探讨了分维的研究意义     

一维冻结土体冻胀曲线的分形优化

分形几何理论作为研究自然界具有自相似性质的非线性问题的主要手段，被广泛应用于岩土工程中。土体的冻结涉及到土体本身的性质、温度场、水分场和应力场的共同作用，采用数值解法又必须对其进行大量的简化，使其所求得的数值解或拟解析解与实际值存在较大差距。采用神经网络方法研究表明，在冻胀初期系统难以稳定，同时对于低含水量的土体误差也较大。近年来，通过国内外学者的大量研究，发现土体冻结过程中同样存在分形现象。通过分析土体冻胀特征，提出采用分形插值方法研究一维冻结土体的冻胀问题。采用Douglas-Peuker算法和随机中点移位法相结合的方法对一维冻结土体的冻胀曲线进行了优化。研究结果表明，采用该方法对冻胀曲线进行优化，既可保留其原有的宏观结构特征也可以反映微观结构动态；经过插值处理后，曲线的特征点和特征形状并无变化；但细节部分随着分形维数的增加，逐步得到细化。由此真实地反映了冻胀过程，为研究土体的冻胀过程提供了一种新的方法。