库尔勒市城市空间扩展特征及其驱动因素研究

以库尔勒市1990年、1995年、2000年、2005年、2010年以及2015年6个时期的Landsat TM/ETM+影像作为基础数据,借助ENVI 4.5、Arc GIS 10.1等专业软件对影像进行监督分类和空间分析。在此基础上,分析库尔勒市近25 a来土地利用时空变化规律、城市空间扩展趋势及演变过程、城市重心转移方向及距离和城市空间扩展形态变化特征等。研究表明:近25 a间库尔勒市建设用地面积大幅度增加,所占比例不断上升,年均增加速率为15.18%。耕地和未利用地对城市建设用地扩展贡献较大。城市向东南方向扩展,城市重心向东南方向转移了总共2 118.46 m。城市空间扩展紧凑度呈下降趋势,分形维数呈上升趋势,表明城市空间扩展趋于结构疏散化、形状复杂化。针对于以上特征及扩展趋势,分析了库尔勒市城市空间扩展的驱动因素并提出一些对策建议,为城市可持续发展提供科学依据。     

大尺寸真三轴页岩水平井水力压裂物理模拟试验与裂缝延伸规律分析

采用真三轴物理模型试验机、水力压裂伺服系统、声发射定位系统以及压裂液中添加示踪剂等方式,在真三轴条件下对大尺寸页岩水平井进行了水力压裂物理模拟试验,通过裂缝的动态监测和压裂后剖切等分析了裂缝的扩展规律,并对页岩压裂缝网的形成机制进行了初步探讨。结果表明：（1）水力裂缝自割缝处起裂并扩展、压开或贯穿层理面,形成相对较复杂的裂缝形态;（2）裂缝中既有垂直于层理面的新生水力主裂缝,又有沿弱层理面扩展延伸的次级裂缝,形成了纵向和横向裂缝并存的裂缝网络;（3）水力裂缝在延伸过程中会发生转向而逐渐垂直最小主应力;（4）水力裂缝在扩展过程中遇到弱层理面时的止裂、分叉、穿过和转向现象是形成页岩储层复杂裂缝网络的主要原因,而弱结构面的大量存在是形成复杂裂缝的基础。其研究结果可为页岩气藏水平井分段压裂开采等提供有力技术支持。     

基于遥感和GIS的新疆绿洲城市扩展时空动态变化分析

以新疆16座城市为研究对象, 运用多时相卫星遥感资料, 利用遥感和GIS技术提取城市的空间特征信息, 并通过城市扩展强度、扩展速率以及城市空间形态紧凑度和分形维数等指标定量分析了1990-2010年以来新疆城市扩展时空动态变化的过程和特征. 结果表明: 新疆城市的空间分布由其独特的自然环境和绿洲经济所决定, 许多城市的发展依托于绿洲, 城镇的形成具有"亲水性"的特点, 由于新疆地域辽阔, 交通干线附近往往形成城镇相对集中的城市带或城市群. 南北疆城市之间在扩展速度及强度上存在较明显的差异, 位于北疆天山北坡经济带上的城市大多属于扩展速度相对较快、扩展强度相对较大的扩张类型, 而南疆城市的扩展速度则相对较慢、扩展强度也相对较小.通过对城市紧凑度和分维数变化的分析发现, 新疆城市平均紧凑度呈下降趋势, 而分形维数呈增长的趋势, 说明整体上新疆城市空间结构有趋于松散化的趋势, 城市的空间结构不够合理, 有待改善.     

脆性岩石的损伤与裂隙扩展

岩石内部各种微裂隙的产生及发展,导致岩石的物理力学性质的劣化,此即损伤对岩石作用的结果。本文根据大理岩破坏过程中裂隙扩展的作用,定义了视损伤变量D=ε_v~k/ε_v~m,并导出了岩石的应力-应变关系和损伤变量D与D的关系。通过损伤试验,得出与理论值相吻合的结果。     

模拟岩石中裂纹扩展连接的近场动力学方法

脆性岩石材料在压应力作用下常出现两类裂纹：翼型张拉裂纹和次生剪切裂纹。近场动力学是一种新型的无网格数值计算方法。在近场动力学理论中,采用积分形式的控制方程代替微分形式的控制方程使得该数值算法在断裂问题上具有独特的优势。将Mohr-Coulomb准则和最大主应力准则引入非普通“态”基近场动力学理论中,分别用于模拟材料常见的压剪和张拉破坏。这种扩展的非普通“态”基近场动力学可以有效地模拟脆性岩石材料在多种受力状态下的裂纹起裂、扩展和连接问题。通过5个不同的数值算例说明该数值算法在处理脆性岩石材料断裂问题的有效性和准确性。首先,通过模拟含圆孔的弹性板拉伸数值试验说明该数值算法的有效性和准确性。其次,数值模拟了简单三点弯曲试验以及不使用其他外部准则条件下动荷载作用下裂纹的分叉试验,所得结果与其他试验结果或数值结果相吻合,从而验证了该理论的有效性。然后,模拟了包含斜裂纹的巴西圆盘试验,裂纹扩展路径和计算所得的断裂韧度同样吻合于试验结果。最后,模拟了单轴压缩状态下,预制裂纹试样的裂纹扩展和连接问题。将该数值算法与试验结果对比表明,所提出的数值方法可以模拟和预测岩石类材料的张拉和压剪裂纹的起裂、扩展和连接行为。     

隐晶质玄武岩破裂演化及破坏特征试验研究

隐晶质玄武岩是白鹤滩水电站超大规模地下厂房洞室群中广泛揭露出的主要围岩类别之一,且普遍赋存隐微裂隙,开挖过程中展现出特殊的力学响应特征。综合采用CT扫描、高速摄像、声发射、扫描电镜等手段,分析了隐晶质玄武岩的变形破坏特征、裂纹扩展及声发射演化规律等,并探讨了其细观破坏机制。结果表明:完整试样应力-应变曲线光滑,加载至峰值强度时瞬间爆裂,声发射信号异常集中,碎裂破坏;含隐微裂隙试样应力-应变曲线呈锯齿状,出现多次表面剥落,整个过程声发射信号非常活跃,以劈裂破坏为主;含宏观裂隙试样应力-应变曲线呈双峰或多峰状,峰前原生裂隙局部滑移,第1次峰值时宏观破裂面形成,声发射信号集中于峰值应力跌落瞬间,以剪切破坏为主。隐晶质玄武岩细观破坏机制主要为矿物颗粒沿晶断裂和穿晶断裂。研究成果为准确认识并科学掌握白鹤滩地下厂房洞室群围岩的力学响应及其破裂演化特征奠定了坚实基础,也可为硬脆岩体高应力破坏的认识和灾害控制提供参考和借鉴。     

岩石材料裂纹扩展的改进近场动力学方法模拟

在传统键基近场动力学模型的基础上,提出可以反映岩石类材料应力-应变变化特点的改进型模型,弥补了传统近场动力学模型在模拟岩石类材料时无法反映岩石内应力随应变先增加再减小最后破坏这一特性的不足。运用改进型模型,对含有单裂纹试件在不同预制裂纹角度及拉伸荷载条件下的裂纹扩展过程进行了数值模拟,分析了开裂角度在不同预制裂纹角度及拉伸荷载条件下的变化。结果表明：预制角度及拉伸荷载对开裂角度都有影响,在试件周围拉荷载接近的情况下会获得较小的开裂角,并且在拉荷载一定的条件下开裂角会有先增加后减少的规律。同时模拟了含裂纹岩石在单轴压缩条件下的裂纹扩展情况,将数值模拟的结果与室内试验的结果对比,验证了所提出新模型的有效性。所提出的新模型可以较好地模拟岩石类材料在拉荷载条件下的力学特性,在岩石数值模拟方面有着较为广泛的应用前景。     

基于声学测试和摄像技术的单裂隙岩石裂纹扩展特征研究

为研究裂隙岩石破坏强度及裂纹扩展特征,采用MTS岩石力学试验机对单裂隙岩石进行单轴压缩试验,同步进行声发射、声波及摄像测试,研究裂隙岩石应力应变行为、声波及声发射特征与裂纹扩展、聚结的变化关系。结果表明,起裂应力、峰值强度及模量随裂隙倾角α变化一致,均先减小后增大,起裂应力和强度受α影响较大;裂纹间断性加速扩展引起的应力转移和释放(应力降),导致裂隙岩石应力-应变曲线呈阶梯状上升;应力降伴随着能量释放、刚度劣化和AE振铃计数的激增,随着α的增大,首次应力降和振铃计数陡增对应的应力逐渐增大,且振铃分布向峰值强度附近集中;裂纹起裂、扩展引起波幅和波速衰减,且波幅下降早于应力降的发生。α=0o岩样峰前波速降高达50%,随α的增大,波速下降点的应力逐渐增大,峰前波速降幅不断减小,α较小时峰前裂纹发育程度高,随着α的增大,峰前裂纹发育程度减弱,裂纹加速扩展、聚合向峰后转移;裂纹长度扩展到临界值时扩展速率会发生快速增大,随着α的增大,裂纹临界长度逐渐降低。     

裂隙岩石单轴压缩损伤扩展细观机理CT分析初探

完成了单一裂纹的裂隙砂岩单轴压缩条件下细观损伤破坏机理CT实时试验,得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成、破坏等各阶段的CT图像、CT数和CT数方差。结果表明,与无预制裂隙的岩石试样相比,已有预制裂纹对新的裂纹的起裂位置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响,预制裂纹的存在导致裂隙砂岩试样的扩容量大于完整试样破坏时的扩容量。     

近15a乌鲁木齐市城市用地扩展动态及其空间特征研究

以乌鲁木齐市为例,在遥感和GIS技术的支持下,对干旱区城市土地利用结构、空间格局动态变化与城市扩展的空间特征进行定量分析.采用1987年、2002年两期陆地卫星影像为基础数据源,提取了研究时段内乌鲁木齐城市土地利用变化信息;结合景观生态学原理和方法,对研究区城市景观的动态变化进行定量分析.并引入建成区空间密度作为定量指标,分析总结了乌鲁木齐市扩展变化的空间特征.结果表明,1987-2002年间乌鲁木齐城市土地利用状况发生了较大的变化:城市建成区和绿地面积增长,水体面积减少;景观斑块分离度增强,边界构成曲折化,整体格局趋于复杂;在空间上,城市扩展主要沿西、西北及东北3个主要方向进行,并形成了建成区密度由内而外递减的空间分异特征.