基于Menger模型和FM模型的煤粒孔隙分形特征初探

选取安泽矿、余吾矿、水峪矿六采区以及阳煤五矿4种煤样,分别破碎成3种不同粒度后进行压汞实验,并采用Menger模型和FM模型研究其分形特征。结果表明:基于Menger模型的孔体积分形曲线分3段,在孔径小于1000 nm范围内孔体积密度和孔径双对数符合线性关系且拟合程度较高,随着粒度的减小,分形维数D1呈现减小的趋势;而基于FM模型的分形曲线可分为2段,当孔径大于1000 nm时分形曲线呈线性递减,分形维数D2随着粒度的减小而减小,这说明针对不同的煤粒孔径范围,应采用不同的分形模型来研究其孔隙分形特征。

基于Menger海绵模型的煤矸石粉改良膨胀土微结构特征

为解决膨胀土对工程结构以及农业生态环境的危害,进行煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。对煤矸石粉掺量为0、3%、6%、9%的膨胀土土样进行压汞试验,测得微观孔隙特征值;选取Menger海绵模型建立孔隙分形模型,计算土体孔隙分形维数,探究土体孔隙分形维数与孔隙特征参数以及煤矸石粉掺量变化的关系。结果表明:随着煤矸石粉掺量增加,土中大孔隙所占的含量较素膨胀土减少61.5%,孔隙类型从团粒间孔隙转化为颗粒间孔隙;煤矸石粉的掺入改变了土体的孔隙结构特征,煤矸石粉与膨胀土发生胶结反应,孔隙连通性降低,使得总孔隙体积、孔隙率、孔隙平均孔径、孔隙临界孔径等孔隙特征参数呈减小趋势;基于分形理论分析孔隙分形维数,分形维数随煤矸石粉掺量的增加而增加,且与孔隙特征参数呈显著相关性。孔隙分形维数反应了孔隙特征参数以及孔隙发育程度,为土的孔隙表征提供方法借鉴。

冻干物料孔隙特性表征的分形模型与分形维数

为了定量表征冷冻干燥物料孔隙结构和形貌特性,采用两种多孔介质分形模型,通过压汞法研究冻干牛肉和冻干腊牛肉孔隙结构的分形特性。研究表明:对于孔隙特征尺度为1～100μm的冻干牛肉和腊牛肉,采用Menger海绵模型表征孔隙结构时,尽管表观上表现出无标度区分段线性的特性,却无法确定合理的分形维数用于表征物料的孔隙分形结构;而采用热力学关系模型分析物料孔隙结构时,物料孔隙呈现显著的分形特性,并可给出合理的分形维数,该方法可用于定量表征冻干物料的孔隙分形结构特性。

分析基于压汞法的分形模型及分形与损伤的关系

本文主要介绍了围绕压汞法测定混凝土的孔隙结构而建立的Menger海绵分形模型和基于热力学关系的分形模型,阐述了这两种分形模型的建模过程及其发展状况,并对它们相应的应用情况进行了对比分析。阐述了分形与结构损伤的关系,并得出分形维数可以作为衡量结构损伤大小的重要依据。

多孔结构孔隙特征的分形研究

基于Menger海绵体分形模型和压汞实验原理提出了多孔结构体的孔隙体积分形维数、表面分形维数的算法,在此基础上推导了多孔结构比表面积的计算公式。研究发现,孔隙比表面积与孔隙率和孔隙的表面褶曲粗糙程度有关,孔隙比表面积需要用体积分维和表面分维两个独立变量表示。鉴于孔隙比表面积的测量比较困难,给出了表面分形维数的间接算法。

动荷载作用下结构性软土微结构变化的分形研究

为探讨天津滨海新区典型结构性软土的动力特性,采用动三轴试验和压汞试验,对交通荷载作用下结构性软土微观结构变化进行了研究。取原状土和动荷载作用后的土样进行压汞测试,用分形理论对压汞测试数据进行分析,探讨孔隙分布特征,提出孔径划分的方法,给出了卓越频率与土体孔隙变化的规律。研究结果表明:在动荷载作用后,天津滨海新区典型软土的孔隙分布发生改变,可分为3种类型;利用Menger海绵模型研究交通荷载作用下结构性软土的孔隙分布特性是可行的;用孔隙分维数可实现对卓越频率的预测以及路基土体变形行为的机制分析。

川南龙马溪组页岩孔隙分形特征

以川南长宁—兴文地区龙马溪组页岩为对象，基于压汞实验测试结果研究其分形特征。对压汞法实验结果进行分析，采用Menger海绵模型和基于热力学关系的分形模型，计算得到川南地区龙马溪组页岩的分形维数。研究结果表明基于热力学关系的分形模型比较恰当地反应了川南长宁—兴文地区龙马溪组页岩的孔隙结构；龙溪组页岩具有明显的分形特征及较大的分形维数，分形维数在2．9337～2．9941；页岩孔隙的分形维数与TOC含量、脆性矿物含量呈正相关，而与黏土矿物含量、碳酸盐岩含量及长石呈负相关，其中黏土矿物中高岭石和绿泥石、碳酸盐岩中方解石及脆性矿物的石英对页岩孔隙结构分布特征影响较大。