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1.
用盒维数方法估计了受压岩石表面断裂带的分维值,研究了分维值随载荷、结构(平板伏试件合圆孔或与加载方向成不同角度的割缝)、岩性(大理岩、灰岩、砂岩)和粒度的变化特征,分析了统计自相似性成立的范围与岩性和粒度的关系。研究结果表明。在微裂纹发育未连通为宏观断裂带阶段,分维值随载荷上升而上升,当宏观断裂带形成之后,分维值保持为常数,且随岩性不同而不同。对于所测三种岩石,自相似性成立的尺度范围的上限为颗粒尺寸的Zyljlo倍。最后,结合岩石破裂过程的能量耗散机理,讨论了岩石分维断裂的物理意义。 相似文献
2.
[摘 要] 在水合物勘探开发过程中,钻井液除常规作用外,还必须具有抑制水合物分解与再生成
的作用。钻井液的这些宏观作用由其内部微观结构所决定,而水合物的分解和生成与介质的传热过程
有关。由于钻井液微观结构与多孔介质相似,故其传热过程也相似。利用多孔介质的性质及其传热理
论,系统分析了水合物钻井液微观结构与多孔介质的异同,探讨了水合物在钻井液中的分解特性。接着
阐述了分形理论,对钻井液微观结构的传热分形模型进行了研究。最后得出钻井液中水合物分解的传
热过程,建立了钻井液微观结构的一维热传导分形模型,并得出有效导热系数的分形表达式。 相似文献
3.
潜孔锤反循环钻进岩屑粒度分布规律 总被引：3，自引：0，他引：3
研究岩屑粒度分布规律有利于进一步分析潜孔锤反循环钻进的碎岩机理。采用分布函数和分形方法对反循环钻进产生的岩屑粒度分布进行描述,并得到岩屑粒度分布规律。结果表明：试验用岩屑的粒度分布符合Gandin-Schuhmann分布和Rosin-Rammler分布,其中岩屑颗粒更贴近于G-S分布;岩屑粒径遵循分形规律,可以用分形方法描述反循环钻进中岩屑粒度的分布特征。从岩屑粒度分布来看,大于5 mm的颗粒占总质量的74.8%,表明潜孔锤球齿破碎岩石以体积破碎为主;块状颗粒分布在5~12 mm,说明岩石的体积破碎存在大小差异,并伴随有重复破碎。 相似文献
4.
大理岩冲击加载试验碎块的分形特征分析 总被引：1，自引：0，他引：1
应用分形几何的方法对冲击加载试验中大理岩破碎块度分布进行统计分析。结果表明,大理岩的冲击破碎块度分布具有分形特征,采用破碎分形维数对岩石破碎过程进行定量描述,可以合理地反映大理岩冲击破碎的程度;大理岩的平均破碎块度与冲击加载速率有着较强的相关性,随着加载速率的提高迅速减小;建立了能量吸收与破碎分维的关系,从能量吸收的角度可以较好地解释破碎分维的变化规律。破碎分维是评价岩石冲击破碎块度分布的理想指标,可较为全面地反映岩石冲击破碎的全过程。 相似文献
5.
在外荷载等因素作用下,粗粒土易发生颗粒破碎。对泥岩和砂岩颗粒进行了一系列的单颗粒破碎试验,基于尺寸效应和颗粒破碎分形模型,研究了单颗粒破碎强度、破碎能量及Weibull模量等与分形维数间的关系。利用PFC3D对单颗粒破碎过程进行分析,并与试验数据对比,验证了数值程序的可靠性;随后扩展到大颗粒粒径,分析了其单破碎强度及破碎能量。结果表明：在同类试验条件下,不同材料所得的分形维数是不同的;不同粒径砂岩的破碎程度均大于泥岩;单颗粒破碎强度具有明显的尺寸效应;单颗粒破碎强度与破碎能量均可通过分形维数与颗粒粒径预测得出;修正后的Weibull模量也可通过分形维数得出;数值模拟结果与试验结果及预测结果基本一致;大颗粒粒径单颗粒破碎强度模拟结果与预测结果基本一致,破碎能量稍有差异,需进一步试验验证。研究成果可为获取大粒径粗粒土的单颗粒强度与变形特性提供参考。 相似文献
6.
钻孔布置参数的确定是大直径钻孔卸压防治冲击地压的关键之一。通过岩石力学试验、理论分析、现场实测等方法研究了工作面冲击危险区的卸压指标,提出了能量耗散指数的概念,推导出能量耗散指数与冲击能量指数之间的转换公式,得到以下结论：验证了能量耗散与冲击能量指数之间具有较好的相关性,可以将其作为煤层卸压后残余冲击危险性的评价指标;提出了工作面冲击危险区“分区分级”的防治理念,并以煤层有效卸压应变率分别为1.5‰、1.0‰、0.8‰作为新巨龙矿井高度、中度和一般冲击危险区的卸压标准;推导出了基于能量耗散指数的防冲钻孔参数定量计算方法,并在新巨龙矿井2302S工作面进行应用,取得了良好效果。研究结果对冲击地压防治具有参考意义。 相似文献
7.
地下工程岩体爆破开挖过程中,动荷载和地下水对工程岩体的安全稳定具有显著影响。为研究动荷载和含水率对岩体破坏和能耗特性的影响,利用改进的SHPB试验装置,设置4个冲击速度和6个含水率等级,对红砂岩进行动态冲击试验。通过分析不同含水率工况下能量反射率、透射率和耗散率的变化规律,构建红砂岩能耗特性与含水率的经验模型;对破坏试样进行筛分试验,根据破碎分形理论,研究岩石破碎分形维数随含水率的变化规律。结果表明：（1）同一冲击速度下,能量透射率和含水率具有指数函数关系且呈负相关,能量耗散率随含水率先增大后减小且具有二次函数关系;（2）同一含水率下,能量透射率和冲击速度呈负相关,能量耗散率和冲击速度呈正相关;（3）在出现宏观破坏的试样中,红砂岩的破坏程度随含水率的增加而增大,且在含水率为1%处出现拐点,破碎分形维数和含水率具有指数函数关系。 相似文献
8.
岩石在细观尺度上是由矿物颗粒胶结而成,除细观结构的力学特性外,其几何特征（颗粒界面网络结构和颗粒粒度分布）也对宏观断裂能具有一定的影响。为了探索这种几何特征与大理岩断裂能之间的相关性,从而进一步揭示岩石细观断裂机制,首先通过三点弯曲试验测定大理岩的断裂能,然后在试验后的三点弯试件断口处取岩石切片,进行电镜（SEM）扫描以获取岩石细观结构图像。利用图像处理技术获取岩石细观颗粒的界面网络图。通过对颗粒界面网络图分析,发现颗粒界面网络拓扑结构与颗粒粒度分布具有较强的分形特征。将二者分形维数与试件宏观断裂能相对比,发现它们之间具有很强的相关性。界面网络分形维数与宏观断裂能具有很强的二次相关性,而粒度分布维数与宏观断裂能之间具有较强的线性相关性。宏观断裂能随着两种分形维数的增大而增大。该研究结果揭示了宏观断裂能与岩石细观结构几何特征的相关性,加深了对宏观断裂能细观机制的理解。 相似文献
9.
为揭示组合煤岩失稳破坏过程中的能量耗散规律,通过组合煤岩单轴压缩试验,从能量角度对组合煤岩失稳特征进行了分析。引入分形理论,研究了声发射信号与煤岩破坏程度之间的关系,以及不同组合结构对组合煤岩破坏过程的能量耗散的影响,提出一种利用煤岩结构力学特性判定冲击危险的方法。结果表明：随组合煤岩顶板岩石高度增加,试样整体强度和弹性模量增加,峰后应变软化过程缩短;岩石高度的增加,岩石与煤的弹性模量差值的减小均会导致冲击危险增加;通过对组合煤岩中岩石和煤的高度及其力学性质分析,提出了组合煤岩冲击倾向性判定指数,利用冲击倾向性判定指数对组合煤岩冲击危险进行评价,其准确度和实用性优于传统模糊判定的“四指标”方法,为深入开展煤岩组合结构冲击倾向评价提供了试验和理论支持。 相似文献
10.
The fractal is presented as a method for describing the geometry of particles, with particular reference to the breakdown of granular soils and the formation of loess. The preliminary results are reported: (a) for the extent to which silt due to comminution exhibits a fractal distribution; (b) the tendency of fractal dimension to change with the comminution process; and (c) the relationship between fractal dimension describing particle size distribution and the grinding time. Laboratory simulation confirms the general tendency of fractal characteristics to reflect the size reduction process. 相似文献
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可再生的新型环保能源浅层地热能开发利用前景广阔。由于区域地质条件复杂,借用分形原理可将原来研究中所采用的还原论方法即线性问题处理方法转换为更符合地质条件本质特征的非线性处理方法。探讨了浅层地热能赋存条件适宜性分区结构的分形维数及标度与分形维数的关系; 简析了面状地形地貌信息几何属性对分维值的影响。研究结果表明,浅层地热能适宜性分区结构存在明显的分形特征,其分形维数较好地反映了适宜性分区轮廓的曲折程度,分形数越大,则轮廓线越不规则。旨在为浅层地热能调查评价工作提供全新的非线性化的处理方法,对分形理论的实际应用和浅层地热能的开发工作都有较强的理论和实际意义。 相似文献
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为研究动载作用下非贯通裂隙对岩石破坏特性的影响,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对含不同裂隙数量及深度非贯通裂隙砂岩进行冲击试验,并基于分形理论和能量耗散原理分析其动力破坏特性。研究结果表明,动态峰值应力随裂隙数量及深度变化情况较复杂;峰值应变随裂隙数量增加而增加,随裂隙深度增加先增大后减小;动态弹性模量随裂隙数量增加先增加后减小,随裂隙深度增加而减小;不同工况试样的破坏模式分为张应变破坏、张应变?剪切复合破坏和压碎破坏3种,且裂隙数量对破坏模式的影响较裂隙深度大;试样破坏后的分形维数、单位体积耗散能和能量吸收率均随裂隙数量及深度的增加而增加,且分形维数与单位体积耗散能和能量吸收率均近似正线性关系。 相似文献
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颗粒材料在循环荷载作用下呈现循环硬化行为,然而关于循环硬化行为的宏-微观相对应的机理解释的研究却不多见。本文通过3D-DEM实施了循环三轴数值模拟试验,研究了不同级配下颗粒材料在循环荷载下的循环硬化行为,并分析了(轴向)平均模量和由滑动接触造成的能量耗散的演化趋势。结果表明随着循环荷载的进行,平均模量逐渐增加并趋于渐进值。每个循环内的能量耗散随着循环数的增加不会一直衰减,存在一个阈值。不同颗粒级配下平均模量的增加指数和能量耗散衰减指数的大小相近(约为0.6),表明在描述循环荷载硬化行为时,无论是使用变形模量还是归一化能量耗散在结果上是一致的,即微观尺度上滑动接触引起的能量耗散映射出宏观尺度上平均模量的变化。颗粒平均粒径越大的颗粒体系,其平均模量越大,而且越早完成能量耗散过程,但不同的颗粒级配下对应的能量耗散阈值差异较小,基本上维持在一个常数(约为0.15)。 相似文献
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岩石碎裂作用的分形尺度(英文) 总被引：4，自引：0，他引：4
各种各样的统计幂定律关系经常成功地被用来描述碎屑大小分布和断口形状 (不平整度 )的分级规律 ,表明碎裂作用是一种尺度不变的作用过程。一条新的有关岩石碎裂作用破裂能量的尺度律 ,可以由分形几何以及Griffith能量平衡的概念推导出来 ,而且它与先前三条关于大小缩减或Hall Petch关系的理论是相一致的。从材料强度的观点来看 ,断口形状的分形维数是形状因子和岩石Weibull均质系数的函数。在任何一次采集中 ,如果碎屑都是致密压实的 ,那么大小分布和碎屑不平整度的分形维数是相同的。然而有些地壳碎屑在三维体积上已不再是致密压实的 ,破裂的地壳可被当作分形的多孔物质来处理。在此情况下 ,地壳碎屑形状的分形容量与地壳断口大小分布的分形维数相关 ,可以预期 ,在大地构造及地震强度的分形分析中 ,地壳断口大小分布的分形维数可作为断裂制约条件之一。 相似文献
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The failure criteria and dynamic evolution process of tunnel system deformation and instability have been one of the popular areas in the research field of underground engineering albeit one of the most difficult. The energy evolution model and critical failure criterion of the dynamic process in tunnel system instability are studied in this paper. Based on in situ measurements and the dissipative structure theory, the energy dissipation and dynamic evolution characteristics of the tunnel system instability has been presented. By using the basic laws of thermodynamics, the energy dissipation mechanism of the whole tunnel system has been explored, and an energy evolution model of the tunnel system instability has been established. On this basis, the degree of stability evolution process has been determined depending on the sample size (more than or <3,000). The energy criterion is proposed in accordance with the unstable and failure features of each evaluation stage of the tunnel system. This study has proved that the energy evolution model and critical failure criterion is reasonable and reliable in studying the stability analysis of an overlapped tunnels in Guangzhou metro, China. It also provides a significant guideline for the calculation and analysis of tunnel stability. 相似文献
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红层软岩具有遇水软化特性,在降雨条件下渗流、化学、力学损伤等多效应综合作用造成工程地质灾害,是岩土工程界广泛关注的热点和难点问题之一。基于能量耗散原理,研究了软岩软化过程中的渗流、化学、损伤效应,提取了主要的渗流、化学、损伤能量变量,讨论了渗流-化学-损伤效应对软岩软化过程的作用以及能量耗散的机制,结合软岩三轴试验分析了能量耗散过程。结果表明:在渗流-化学-损伤效应共同作用下,水在软岩中形成渗流,渗流的作用加速了软化进程;软岩与渗流之间的化学作用加速了裂隙-孔隙损伤的发展;软岩裂隙-孔隙损伤的发展反过来促进了渗流及化学的作用。从能量角度来看,软岩软化后可承受的极限应变能量减少,渗流提供了能量同时也通过化学效应消耗了软岩自身的能量,降低了强度并引发损伤,因此,软岩软化的过程是一个能量耗散的过程。在此过程中,渗流、化学、力学损伤等能量的涨落及耗散、物质交换、非线性正反馈作用,使得软岩经历从平衡态到非平衡态相变,最终软化破坏形成了耗散结构。 相似文献
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Due to the insufficiency of the previous damage constitutive model for rock, an improved damage mechanics model for rock is proposed with characterising the crack closure effect. Otherwise, the effective methods of determining the model parameters and crack closure coefficient are proposed. The results represent that the model can reflect the damage evolution of rocks in the deformation process in the crack closure stage and this improved model is more reasonable than the previous model. Crack closure coefficient also has great effect on distribution parameters. The calculation formula of damage energy dissipation rate considered that crack closure effect is derived and the relationships between damage energy dissipation rate and crack closure coefficient are analysed. Crack closure coefficient has great effect on damage dissipation energy rate. Damage energy dissipation rate increases with the decrease of crack closure coefficient and damage energy dissipation rate increases quickly in the post-peak stage. 相似文献
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排土场散体岩石粒度分布与剪切强度的分形特征 总被引：16，自引：5，他引：11
应用分形理论研究了矿山排土场散体岩石粒度分布的分维规律,建立了分维数与排土场散体物料剪切强度参数的定量关系式。研究表明,排土场岩石块度分布具有良好的分形结构,分维数值大小随着排土场高度的增加而增加,但不超过3。当采样尺度范围一定时,分维数越大,散体中细颗粒含量越多,平均粒径也越小。分维数与散体岩石的剪切强度参数摩擦角?呈负指数关系。分维数值可用于排土场粒度资料的统计分析与剪切力学强度参数的预测。 相似文献
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南极松散沉积物粒度分形研究 总被引：7，自引：0，他引：7
利用分形理论, 研究了南极纳尔逊冰盖前缘发育的沉积物、风成沉积物及湖泊沉积物的粒度分布分形结构特征. 结果表明: 不同沉积环境下的沉积物粒度分形结构具有明显的差异, 冰盖前缘沉积物具有显著的分形结构特征, 而湖泊沉积物和风成沉积物不具有分形结构特征, 这为识别南极地区松散沉积物沉积环境提供了一种新的判别依据. 对纳尔逊冰盖前缘沉积物粒度分维特征的研究结果表明, 其粒度分布主要与冰川搬运的动力学过程有关, 分维值的大小与当时形成沉积物的动力学过程、沉积环境、冰盖进退及古气候环境的演化密切相关. 相似文献