地下煤火分维—分级探测预警技术研究

为实现煤自燃隐蔽火源的高效监测预警和防治,本文对地下煤火分维—分级探测预警技术展开研究。首先,揭示煤自燃受热升温及燃烧过程的煤自燃的电磁—声波—温—气变化特征,形成电磁—声波—氡气—红外多维探测方法,实现井上井下联合多维探测应用;其次,根据大尺寸煤自燃指标气体产生规律,建立基于正压输运的煤自燃监测预警体系,实现地下煤自燃发火的分级精准预警;最后,依据复杂区域综放面煤层自燃发火特点、影响因素及变化规律,提出复杂开采煤自燃灾害综合防治技术体系。研究成果可为井下煤自燃灾害预警防治提供依据与参考。

分维模型在晶体结构转换认知中的应用研究

分维模型法是化学学科分类的重要思想之一。通过三方石墨与六方石墨结构差异性的解析认识分维模型的可逆性,并将分维模型法应用在立方金刚石和六方金刚石、立方钙钛矿和六方钙钛矿等晶体结构及其转换的学习中;通过三维的拆解深度理解二维结构,通过二维的灵活组装实现三维空间结构的创新,有效突破结构学习的难点,从而提升学生的空间想象力,发展学生的“证据推理与模型认知”以及“创新意识”等学科核心素养。

煤体爆破破碎分维评价方法的研究

提出了煤体爆破破碎分维评价方法和分维比概念 ,考虑了煤体原始结构特征对煤体爆破破碎效果的影响。通过主因素分析 ,明确了爆破参数与分形维数、分维比的相关关系以及影响的显著性大小 ,探讨了不同分维和分维比的表征含义。在单自由面深孔煤体爆破的条件下 ,爆破块度相似分维与分维比体现了顶煤预爆破破裂裂隙的整体分布 ,可作为定量评价爆破方案的主要指标 ,表面裂隙分维测量计算简易 ,是煤体内部裂隙的外在表现 ,可作为初步评价爆破方案的定量指标。应用煤体爆破破碎分维评价方法对大同矿务局忻州窑矿坚硬顶煤进行了预爆破研究 ,取得了很好的经济效益。

基于景观分维度的海岸带景观时空演变量化评价研究——以泉州湾为例

海岸带是海陆统筹战略实施及国土空间规划的重点区域,利用遥感影像处理和GIS相结合的技术方式,基于生态学理论中的景观分维度因子,以泉州湾为实证研究典型,对多时相遥感影像的土地利用现状的数据进行统计对比,利用1973年以来7个时相的MSS/TM/ETM遥感资料,监测调查泉州湾入海口围垦后的景观变化,引入景观分维度指标,量化评估围垦后入海口50年的景观时空变化特征,探讨影响海岸线变化的主要原因,为理解海岸带潜在问题提供决策支持,并总结量化评价方式与路径,提出一种国土空间自然资源的监测与量化评价的参考方法。

上海市土地利用结构和形态演变的信息熵与分维分析

借助系统论中的信息论思想 ,分析了近 50年来上海中心城区土地利用结构的信息熵和均衡度 ;利用分形理论中的边界维数和半径维数对上海中心城区土地利用形态进行了定量判断 ,揭示了城市土地利用结构与形态演变特征并分析了这些特征形成的主要自然、交通、政策和经济因素。研究表明 ,近 50年来上海城市土地利用结构的信息熵和均衡度均出现逐渐增大的趋势 ,城市用地结构正向均衡状态发展。城市土地利用形态演变的主要驱动力为经济发展和政府调控 ,同时受到自然环境和交通条件的制约。

局部放电灰度图象分维数的研究

局部放电模式识别被普遍认为是一种预测高电压设备绝缘状况的有效手段。本文提出一种适用于局部放电模式识别的局部放电分形特征提取方法。该方法在估计分维数的改进差盒计维数(MDBC)算法的基础上,提取局部放电灰度图象分维数和二阶广义分维数以及局部放电高值灰度图象分维数,共同构成局部放电模式识别特征。针对高电压设备内部局部放电和外部放电干扰,设计了五种放电模型,通过放电模型实验获得的大量放电样本数据,构造出相应的局部放电特征提取图象,计算出分形特征参数,输入人工神经网络进行识别的结果表明,采用该方法具有良好的识别效果。

岩石断面的分形测量及其分维的计算

在实验室内使岩石单轴压缩直至破裂,用位移传感器测量其断面高度,用显微镜观测断面切片的剖线,所得数据用尺度法计算其分维,各种岩石的不同曲线的分维在1.002—1.028之间,与野外断层主迹线分维值相同.用切岛法计算整个断面的分维约为2.05左右.有关分析和计算认为,分维的大小与岩石破裂时所受力的方向有关,与采样步长有关,而与岩石样品的大小无关.

微观尺度上土壤孔隙及其分维数的SEM分析

对两类不同质地土壤的SEM图像,利用数字图像技术分析孔隙的大小、数量及其分布规律,由测量数据给出了微观尺度上土壤孔隙的质量分维数Dm和表面分维数Ds。结果表明:Dm与土壤质地、容重、孔隙度、孔径分布等之间存在一定的相关关系,土壤质地越细、容重越大、孔隙度越低、小孔隙越多,Dm越大,Dm与土壤容重和孔隙度均存在显著线性回归关系;Ds反映了土壤孔隙轮廓边界的曲折程度,孔隙轮廓越不规则,Ds越大,土壤中各孔隙的Ds分布符合总体正态分布形式。Dm和Ds的数值大小对不同利用方式和耕作制度下的土壤较为敏感,分维数可为土壤科学管理提供依据。

三峡库区巴东县城附近主要滑坡边界轨迹分形分维特征与滑坡稳定性关系

为了探索复杂滑坡轨迹结构演化及其稳定性定量分析计算的新途径,本文利用分形分维理论,分析三峡库区巴东县城附近滑坡边界轨迹的几何分形结构,并采用盒维数法分别求得巴东县城附近11个滑坡边界轨迹的分维值,计算结果表明:每个滑坡的轨迹结构具有其特征性的分维值,轨迹结构越复杂,结构层次越清楚,分维值越高;其中,榨房坪滑坡和黄腊石滑坡的分维值最高,分别为1.50和1.483,西壤口和谭家湾滑坡的分维值最低,分别为0.925和0.732;而黄土坡和赵树岭滑坡的分维值介于二者之间,分别为1.111和1.091.结合典型滑坡边界轨迹结构演化与滑坡稳定性关系的定性分析及前期滑坡稳定性定量计算和模拟分析,初步揭示:滑坡边界轨迹结构与稳定性是密切相关的,滑坡边界轨迹宏观扩展增值越明显,轨迹结构越复杂,分维值越高,其稳定性条件也越差,因此,分数维可作为衡量滑坡轨迹结构复杂性和稳定性的重要标志;滑坡边界轨迹宏观扩展变形存在一个极限,超过这个极限滑坡的局部失稳就转化为整体滑动;而滑坡边界轨迹则记录了滑坡变形扩展现象和信息,因此,相对应地滑坡轨迹分形结构的分维值也应存在一个极值,在极值点滑坡体处于临滑状态;滑坡边界轨迹结构的极限分维值大致为1.4～1.5,此时滑坡接近于整体极限失稳状态,而分维值在1.1～1.3之间则表示滑坡处于整体稳定,局部存在潜在失稳状态,分维值小于1则表示滑坡处于相对稳定状态.

煤体的渗透性与裂隙分维的关系

通过研究煤体的渗透性与裂隙的分形规律,揭示了煤体的裂隙发育程度与分形维数的关系,得出煤体渗透性与裂隙分维关系式及煤体渗透性随体积应力、水压、分形维数、强度的定量变化规律,对工程实际具有重要的指导意义。

单轴压缩条件下花岗岩声发射事件空间分布的分维特征研究

基于声发射事件空间分布的柱覆盖分形模型,利用MTS815FlexTestGT岩石力学试验系统和PCI-2声发射(AE)3维定位实时监测系统,对瀑布沟水电站地下厂房花岗岩单轴压缩损伤破坏过程中声发射事件空间分布的分形特征进行了研究。结果表明,声发射事件随应力增加逐渐活跃,加载初期声发射数量较少,应力接近峰值强度时,声发射事件累计数曲线呈指数上升;声发射事件的空间分布随应力增加是一个降维过程,其空间分维D在3～2内变化,峰值强度时,其值最小;弹性阶段后期,岩石内部微破裂开始向破坏面集聚,声发射空间分维D下降幅度明显增大;声发射空间分维恰当地表征了声发射事件空间分布的复杂程度。研究结论揭示了岩石声发射事件空间分布的分形特征,室内试验结果与文献对岩爆研究结果相吻合,可为现场监测应用提供理论指导。

林带小钻杨树冠的分维结构

以分形理论为基础，论述不同年龄小钻杨分枝和树冠结构分维特征。小钻杨侧枝在各方位上均匀分布，侧枝倾角在各角度级上正态分布。通过计盒维数法计算出林带小钻杨分枝的分形维度值为1．510—1．733。对小钻杨各器官生物量、胸径和树高用W=a（D1.3^2H）^b模型进行回归，结果表明它们之间相关性极显著。利用双数量法计算得到的树冠分数维度值为2．065-2．765；在应用双数量法中，用枝生物量代替叶生物量，计算得小钻杨无叶期树冠分数维度值为2．003～2．464。探讨了不同树冠体积和叶生物量下的树冠分数维度值的变化，在小的叶生物量等级时，分数维度值随着叶生物量的增加而明显增加，达到一定叶生物量后，叶生物量的增加对其影响逐渐减弱。不同树冠体积均有1个基本的叶生物量值以维持其表面积，也有1个最佳值，树冠分数维度不再有明显变化。

甘肃黄土的粒度分维特征及意义

依据分形理论分析了甘肃黄土粒度分布的分形结构特征。黄土具有良好的统计自相似性。随着空间位置和黄土形成时代的不同,黄土的分形结构特征有明显的变化特征,其分维值介于2.29至2.56之间;且粒度分维值的大小与分选好坏密切相关,即:分选系数大则分维值大,反之则分维值小。这表明黄土的粒度分维在一定程度上可以反映黄土的形成演化特征。在此基础上进一步研究了黄土粒度分维与干密度、孔隙比、湿陷系数之间的定量关系,指出黄土分维值可以定量表征黄土的物理、水理性质。与地形地貌、水文和气候等因素一样,它也可作为自然区划的一个主要指标。

中亚热带几种珍贵树种林分土壤团粒结构的分维特征

应用分形原理、弹性分析及边际分析方法 ,对中亚热带几种珍贵树林表层土壤团粒结构进行研究 ,提出采用 Y=a Dβ1w Dβ2d 模型 ,探讨了分形维数与土壤肥力的关系以及土壤团聚体分形维数变化对林地土壤性质影响的效应。研究结果表明 :中亚热带珍贵树种林分土壤 >0 .2 5 mm的团聚体、水稳性团聚体的团粒含量越高 ,团粒结构的分形维数越小 ,表征土壤肥力较高 ;土壤团粒结构的分形维数与土壤团聚体、水稳性团聚体之间存在显著回归关系 ;土壤团聚体结构分形维数与土壤性质之间存在显著相关定量关系 ;7种珍贵树种林分中 ,格氏栲天然林土壤结构的稳定性、水源涵养、自肥能力均比其它珍贵树林优越。分形维数为不同珍贵树种林分表层土壤肥力特征描述提供新尺度、新方法 ,也为中亚热带珍贵树种林地土壤科学管理提供依据。

泾河流域水系分维特征及其生态意义

应用地理信息系统 (GIS)提取河流信息 ,并在此基础上改进了传统的计盒方法 ,将其应用于泾河流域水系分形分析 .同时探讨了分维数同流域地形、地貌、侵蚀程度、植被因子之间的相互关系 .

分形多孔介质孔隙微结构参数与渗透率的分维关系

根据分形几何理论的基本概念,就无序分形多孔介质孔隙率φ和渗透率K与多孔介质结构分数维数Df的关系进行了推导,利用Sierpinski固相分形体(Solid mass fractal)与孔相分形体(Pore mass fractal)概念对分形多孔介质微结构特征、孔隙累积数量-尺寸分布和孔隙率φ等参数及其物理关系给予了详细论述,定量地分析和讨论了基于不同模型的渗透率-分形维数关系与它们的差异。

和田河气田碳酸盐岩岩心裂缝分维数及与物性的关系

和田河气田是塔里木盆地已发现的大型碳酸盐岩气田 ,其奥陶系储集层属于裂缝 孔洞型碳酸盐岩。应用分形理论研究该气田 4口井奥陶系 70m长岩心中的裂缝 ,将裂缝条数和统计用的岩心长度各取自然对数 ,二者之间呈现明显的正相关关系 ,4口井的线性相关系数都大于 0 .97。根据裂缝分维数的地质意义 ,位于构造轴部的井比位于边部井的分维数要大 ,表明构造轴部比边部裂缝发育 ;位于构造轴部的井分维数值由东向西依次减小 ,反映构造东部比西部裂缝发育 ;自上往下分维数值也依次减小 ,说明裂缝发育程度由上向下降低。这种分维数计算结果符合断背斜的裂缝系统分布特征。裂缝分维数与储集层物性具有较好的正相关关系 (与孔隙度的相关系数达 0 .90 49,与渗透率的相关系数高达 0 .9968)。通过计算裂缝分维数 ,可以定量预测裂缝 孔洞型储集层的裂缝发育带和有利储集层分布区 ,指导油气勘探。图 3表 3参

陕西洛川黄土的粒度分维值及其意义

对陕西洛川剖面 15 80个黄土样品的粒度数据分析表明 ,黄土的基本粒级 ,即在 2～ 5 0 μm的标度范围内 ,粒度分布具有分形特征。黄土的粒度分维值在 2 16～ 2 5 1之间 ,平均值为 2 32 ;而古土壤的粒度分维值在 2 2 3～ 2 5 1之间 ,平均值为 2 41;粒度分维值对黄土与古土壤的形成环境的演变 ,有良好的指示意义。粒度分维值显示 ,2 5 0万年以来 ,东亚季风不断增强 ,变化周期和变化幅度逐渐变大。在早更新世 ,季风较弱 ,变化周期短 ,变化幅度小 ,表现为 2～ 4万年的周期 ;而在晚更新世 ,季风较强 ,冬季风和夏季风相互消长 ,变化周期长且明显 ,变化幅度大 ,表现出 10万年的变化周期。

分维──评价矿井断裂复杂程度的综合性指标

矿井断裂网络是一种具有统计自相似性的分形体系．其复杂程度可以用描述几何不规则性的分维来定量评价。本文将分维指标与常用的断裂密度指标进行了对比分析，结果表明，前者不仅包含了断裂条数、组数和水平延伸长度的变化信息，而且包含了断裂分布的不均匀性和组合变化等信息．因此，分维是一种合理、准确评价断裂网络复杂程度的综合性指标．