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Modeling of Mechanical Behavior of Fractal Rock Joint 被引量:2
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作者 Jinan bang Marek A. Kwasniewski( Resources Engineering School. University of Science and Technology Beijing, Bejing 100083, China)( Rock Mechanics Laboratory, Faculty of Mining and Geology, Technical University of Silesia, Gliwice , Poland) 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 1999年第3期157-164,共8页
The present study shows that naturally developed fracture surfaces in rocks display the properties of self-affine fractals. Surface roughness can be quantitatively characterized by fractal dimension D and the intercep... The present study shows that naturally developed fracture surfaces in rocks display the properties of self-affine fractals. Surface roughness can be quantitatively characterized by fractal dimension D and the intercept A on the log-log plot of variance: the former describes the irregularity and the later is statistically analogues to the slopes of asperities. In order to confirm the effects of these fractalparameters on the properties and mechanical behavior of rock joints, which have been observed in experiments under both normal andshear loadings, a theoretic model of rock joint is proposed on the basis of contact mechanics. The shape of asperity at contact is assumed to have a sinusoidal form in its representative scale r, with fractal dimension D and the intercept A. The model considers different local contact mechanisms, such as elastic deformation, frictional sliding and tensile fracture of the asperity. The empirical evolution law of surface damage developed in experiment is implemented into the model to up-date geometry of asperity in loading history. The effects of surface roughness characterized by D, A and re on normal and shear deformation of rock joint have been elaborated. 展开更多
关键词 fractal roughness mechanical behavior rock joints fractal dimension the intercept contact mechanics normal stiffness shear stiffness surface damage
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Investigation on jointed rock strength based on fractal theory 被引量:1
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作者 YANG Lan-lan XU Wei-ya +1 位作者 MENG Qing-xiang WANG Ru-bin 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第7期1619-1626,共8页
Strength of discontinuities with complex structure is an important topic in rock engineering.A large number of studies have shown that fractal is applicable in the description of this discontinuity.Using fractal inter... Strength of discontinuities with complex structure is an important topic in rock engineering.A large number of studies have shown that fractal is applicable in the description of this discontinuity.Using fractal interpolation method for the generation of rock joints,numerical experiments of shear tests of the jointed rock mass model were carried out using FLAC^(3D).The test results show that the real rock joints can be simulated by fractal curves obtained by fractal interpolation.The fractal dimension is an important factor for the characterization of jointed rock mass;test results show that the fractal dimension of rock joints can be related to the equivalent cohesion strength and shear strength of the rock mass.When the fractal dimension of the joint surface is less than critical dimension Dc 1.404,the cohesion strength and shear strength of the rock mass increase as the fractal dimension increases;for larger fractal dimensions,all mechanical parameters decrease as the fractal dimension increases.Joint surfaces with different degrees of roughness were obtained by the fractal interpolation method.Three types of failure modes were observed in the tests:climbing slip failure,climbing gnawing fracture,and non-climbing gnawing fracture. 展开更多
关键词 rock JOINTS fractal DIMENSION SHEAR STRENGTH numerical simulation
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Coordination and evolution mechanism of fractal crack network in mining rock mass destruction 被引量:1
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作者 YU Guang-ming~1, ZHANG Chun-hui~2 (1. Qingdao Institute of Architecture and Engineering, Qingdao 266033, China 2. Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China) 《中国有色金属学会会刊:英文版》 CSCD 2005年第S1期105-107,共3页
Based on the natural characters of stratum, complicated geological mining conditions and the essence of mining rock mass destruction, the complexity of rock mass destruction caused by miningw as analyzed. The inner li... Based on the natural characters of stratum, complicated geological mining conditions and the essence of mining rock mass destruction, the complexity of rock mass destruction caused by miningw as analyzed. The inner link between rock mass destruction phenomena caused by mining and nonlinear science was revealed. There are numerous cracks in natural rock mass. The cracks’ distribution is irregular and is of statistical fractal structure. Self-organizational nonlinear evolution of the inner structure flaws leads to the rock mass destruction with external force. The evolution includes single fault’s fractal development, formation and evolution of fractal crack network and coordination of fractal crack network, etc. The law of fractal crack network’s evolution was introduced, at the same time, the coordination of fractal crack network was analyzed. Finally, based on coordination the principal equation of mining-caused subsidence of structural rock mass was established and its steady-state solution and unsteady-state solution were found. 展开更多
关键词 the complexity of rock mass DESTRUCTION fractal CRACK NETWORK COORDINATION
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FRACTAL DIMENSION AS MORPHOLOGY AND SIZE PARAMETERS OF FRACTURED PARTICLES OF ROCK
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作者 Li, Gonbo Xu, Xiaohe Northeast University of Technology, Shenyang 110006, China 《中国有色金属学会会刊:英文版》 CSCD 1993年第1期6-9,共4页
Semi-automatic image analysis system was used for the surface fractal dimension measurement of 15 kinds of rock-fractured particles. The results indicate that the surfaces of the particles that have a size of about 20... Semi-automatic image analysis system was used for the surface fractal dimension measurement of 15 kinds of rock-fractured particles. The results indicate that the surfaces of the particles that have a size of about 200 mesh are fractal, and that the fractal dimension is in the range of 2.07~2.11. Therefore, some definitions of particle size such as surface diameter, equivalent volumetricly surface diameter are equivocal without giving the step length and the drag diameter, free-fall diameter, and stokes’diameter may be modified by the fractal dimension. 展开更多
关键词 rock-fractured PARTICLE fractal DIMENSION image analysis PARTICLE SIZE PARTICLE shape
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STUDY ON MULTI-RANGE FRACTALS IN FRACTURED SURFACE OF ROCK
5
作者 Zhitie Zhang Zheng Xia 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 1999年第1期49-51,共3页
Some profile of a rock section and some isopleth of a fractured surface of the rock were divided each into three parts. Then three parts were measured by dividers method and lattice method. It was discovered that the... Some profile of a rock section and some isopleth of a fractured surface of the rock were divided each into three parts. Then three parts were measured by dividers method and lattice method. It was discovered that the fractal dimensions of the three parts were remarkably different, so the fractured surface of rock was not simple fractal but multi range fractals. 展开更多
关键词 fractal multi range fractals SURFACE of rock dividers METHOD LATTICE METHOD
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含孔洞多裂隙复合岩层裂纹扩展和分形特性模拟研究 被引量:1
6
作者 汪学清 赵云猛 +5 位作者 冯莹 汪壮壮 李永超 陈博 董泽 吴帅军 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第1期42-49,共8页
利用RFPA2D模拟在单轴压缩的条件下,含预制裂隙和孔洞复合岩层的裂纹扩展、破坏模式和分形特征,通过改变裂隙倾角和岩层倾角对裂纹扩展过程进行分析。结果表明:岩层倾角为0°不变而裂隙倾角变化时,模型试件破坏模式分为X型破坏模式... 利用RFPA2D模拟在单轴压缩的条件下,含预制裂隙和孔洞复合岩层的裂纹扩展、破坏模式和分形特征,通过改变裂隙倾角和岩层倾角对裂纹扩展过程进行分析。结果表明:岩层倾角为0°不变而裂隙倾角变化时,模型试件破坏模式分为X型破坏模式和Y型破坏模式,对比应力-应变曲线和声发射数、分形维数-步数曲线发现分形维数对岩层破坏具有一定的表征作用;裂隙倾角为0°不变而岩层倾角变化时,模型试件破坏模式分为穿切软岩破坏模式和沿软岩破坏模式;通过Matlab计算得到的部分含孔复合岩层裂纹的分形维数与模型试件抗压强度的变化规律相同,分形维数与抗压强度之间的拟合存在显著的线性关系。 展开更多
关键词 岩石裂纹 单轴压缩 复合岩层 分形维数 RFPA2D
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预切缝位置及深度对SBM滚刀破岩的影响
7
作者 杨仁树 康一强 +3 位作者 杨立云 刘康 丁晨曦 樊谨豪 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期415-425,共11页
利用水射流对岩体进行预切缝是提高竖井全断面掘进机破岩效率、实现深部资源机械化开发的关键技术。针对预切缝位置及深度合理参数选取的难题,首先指出了锥面刀盘带动下滚刀破岩的工况特征,进而基于Cohesive单元方法,建立了预切缝条件... 利用水射流对岩体进行预切缝是提高竖井全断面掘进机破岩效率、实现深部资源机械化开发的关键技术。针对预切缝位置及深度合理参数选取的难题,首先指出了锥面刀盘带动下滚刀破岩的工况特征,进而基于Cohesive单元方法,建立了预切缝条件下的滚刀破岩离散-连续耦合数值模型。以完整岩体为对照组,对比分析了不同预切缝距离和深度对滚刀破岩的受力特征和岩石破碎特征的影响规律。阐述了预切缝条件下,滚刀破岩时密实核形成、块状岩渣形成、Hertz裂纹扩展3个阶段性特征,指出了岩体的非对称破碎特性和不同区域岩渣的形成机制。最终从滚刀受力、破岩面积、破岩比能耗、岩渣破碎程度4个方面综合分析,确定了预切缝的最佳距离和深度取值范围。研究结果表明:预切缝可以显著减小竖井全断面掘进机滚刀破岩过程中的贯入力和侧向力。与完整岩体相比,贯入力峰值降低了44.0%~10.3%。侧向力峰值降低了35.2%~6.5%。预切缝间距及深度较小时,会限制滚刀破岩范围,同时使得破碎岩体块度更小,导致破岩比能耗增高。随着预切缝深度的增大,破岩体积先增大后趋于稳定,比能耗先减小后保持不变。最终,确定了切缝距离为70~90 mm,深度为60~80 mm时破岩效果最佳,破岩体积较无切缝时提高约1倍,破岩比能耗降低69.2%。研究结果为刀盘辅助破岩装备的设计及参数确定提供了参考。 展开更多
关键词 预切缝 滚刀破岩 分形维数 竖井全断面掘进机
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宽高比对煤柱型冲击地压影响规律的实验研究
8
作者 朱志洁 姚振华 +3 位作者 陈昆 吕飞 韩军 王来贵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1303-1317,共15页
我国深部煤炭开采日趋复杂,区段煤柱在采动、构造或坚硬顶底板影响下极易诱发煤柱型冲击地压,煤柱型冲击地压的防治已成为煤矿安全高效开采的难题,研究不同宽高比条件下区段煤柱的力学性能及冲击破坏特性对煤柱型冲击地压防治具有积极... 我国深部煤炭开采日趋复杂,区段煤柱在采动、构造或坚硬顶底板影响下极易诱发煤柱型冲击地压,煤柱型冲击地压的防治已成为煤矿安全高效开采的难题,研究不同宽高比条件下区段煤柱的力学性能及冲击破坏特性对煤柱型冲击地压防治具有积极意义。采用不同宽高比煤样的“岩-煤-岩”组合体进行了单轴压缩实验,通过分析煤岩组合体的冲击倾向性、动态破坏特征、分形维数和声发射特征参数等,研究了宽高比对煤柱冲击破坏的影响规律。结果发现:①煤柱的宽高比对煤岩组合体的冲击倾向性具有显著影响,宽高比不小于2∶1时,其冲击能量指数K_(E)为1.82~2.65,冲击倾向性无明显变化;小于2∶1时冲击倾向性呈先升高后降低的趋势,1∶1时K_(E)最大,达到了15.43。②随宽高比减小,煤岩组合体破坏特征依次表现为:拉压破坏—压剪破坏—拉剪破坏。煤柱宽高比为5∶1~3∶1时,煤岩组合体破坏较为缓慢;宽高比为2∶1时开始出现片状煤屑弹出,冲击破坏剧烈程度较低;宽高比为1∶1和0.75∶1时,具有明显的冲击破坏特性;宽高比为0.5∶1时,煤岩组合体整体稳定性下降,相对0.75∶1煤岩组合体煤柱破坏的剧烈程度降低。③峰后声发射能量释放率与分形维数D变化规律相似,均随宽高比减小呈先升高后降低的趋势。宽高比不小于2∶1时,煤岩组合体破坏过程中能量持续释放时间较长,煤柱破坏平缓;宽高比为1∶1时,能量释放率和D值明显增大,相较宽高比不小于2∶1煤岩组合体的能量释放率增大了约4倍,D值增大了0.18~0.23,煤柱冲击破坏最为剧烈;宽高比0.75∶1煤岩组合体能量释放率与D值分别降低了约10%和0.01,破坏剧烈程度与1∶1煤岩组合体相近;宽高比减小至0.5∶1时,相关参数的降低幅度约为0.75∶1煤岩组合体的6倍,破坏剧烈程度相对较小。研究表明:宽高比对煤柱的冲击破坏具有显著影响,整体上,煤柱冲击破坏剧烈程度随宽高比减小(5∶1~0.5∶1)呈先升高后逐渐降低的趋势;煤柱宽高比大于3∶1时,煤柱冲击危险性相对较小,煤柱宽高比为1∶1和0.75∶1时冲击危险性较大,0.5∶1次之。 展开更多
关键词 煤柱型冲击地压 煤柱宽高比 煤岩组合体 声发射 分形维数
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循环冲击荷载作用下煤岩组合体力学响应和能量耗散特征研究
9
作者 杨科 郑诗章 +4 位作者 刘文杰 许日杰 张寨男 刘帅 池小楼 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期150-161,共12页
为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明... 为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明:循环冲击下煤岩组合体存在明显的临界效应,冲击速度低于临界速度时动态抗压强度在冲击前期迅速降低,峰值应变变化率随冲击速度增加而降低;循环冲击下试件总吸收能和分形维数逐渐增大,在临界速度时达到峰值,超过临界速度后两者皆降低;冲击速度超过临界速度后,总吸收能相同时循环冲击条件下煤岩体破坏程度高于单次冲击;当煤岩强度比为1∶2时,随着总吸收能的增加,岩体从积聚和传递能量作用转向于加剧组合体破坏;冲击作用下组合体呈张拉劈裂破坏,低速条件下宏观裂纹萌发主要发生在远离胶结面的煤体端面,随着冲击速度增大远离胶结面岩体一侧亦有裂纹出现,根据失稳发生区域组合体破坏类型分为煤体失稳型和组合体失稳型,循环冲击下均发生组合体失稳型破坏。研究结果为软弱岩层动压巷道与采场围岩稳定性控制提供基础研究。 展开更多
关键词 循环冲击 煤岩组合体 动力学特性 能量耗散 分形维数 裂纹扩展
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强度比对类复合岩样冲击破碎特征的影响
10
作者 温森 黄睿智 +1 位作者 孔庆梅 李胜 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第6期2495-2502,共8页
为了保证复合地层中施工效率及工程安全,揭示动荷载作用下复合岩层的力学特征,通过分离式霍普金森压杆对三种不同强度比的类复合岩样进行动态巴西劈裂试验,基于破碎分形理论,探究强度比、应变率、入射角对类复合岩样的破碎程度及能耗特... 为了保证复合地层中施工效率及工程安全,揭示动荷载作用下复合岩层的力学特征,通过分离式霍普金森压杆对三种不同强度比的类复合岩样进行动态巴西劈裂试验,基于破碎分形理论,探究强度比、应变率、入射角对类复合岩样的破碎程度及能耗特性的影响。试验结果表明:层理面倾角对类复合岩样破碎形态有较大影响,当应变率为146.36 s^(-1)时,沿层理面加载试样易发生劈裂拉伸破坏,且强度比越低试样破坏所需吸收的能量越少;当入射角为0°时,类复合岩样分形维数随着强度比的增大而增大,但当入射角为90°时强度比为1.5的复合岩样分形维数最大;类复合岩样吸收的能量主要用于裂纹扩展,单位体积内试样吸收的能量越大,试样越破碎,即类复合岩样分形维数与能耗密度呈正相关。 展开更多
关键词 分离式霍普金森压杆 类复合岩样 强度比 分形维数 能耗密度
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动水作用下岩体裂隙中颗粒运动规律的试验研究
11
作者 崔溦 裴介渲 江志安 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2870-2878,共9页
动水作用下岩体裂隙中的颗粒运动是引起渗透破坏的常见原因。针对天然岩石裂隙的随机性与隐蔽性,采用三维Weierstrass-Mandelbrot分形函数构建随机裂隙通道,并采用3D打印方法获得透明裂隙模型实体,使用微流体控制仪开展动水作用下颗粒... 动水作用下岩体裂隙中的颗粒运动是引起渗透破坏的常见原因。针对天然岩石裂隙的随机性与隐蔽性,采用三维Weierstrass-Mandelbrot分形函数构建随机裂隙通道,并采用3D打印方法获得透明裂隙模型实体,使用微流体控制仪开展动水作用下颗粒在裂隙中的运动试验,分析裂隙粗糙程度、颗粒粒径与裂隙开度的比值(简称粒径隙宽比)、渗流水压力对颗粒在裂隙中起动、运移的影响规律,进而推断岩体裂隙发生渗透破坏的可能性。研究结果表明:颗粒在岩石裂隙中的运动规律与裂隙粗糙程度、水压力、颗粒粒径隙宽比3个因素有关。裂隙粗糙程度越大,或颗粒粒径隙宽比越大,颗粒越不容易开始运动,即裂隙发生渗透破坏的可能性越低。同时,水压力是颗粒运动的主导因素,颗粒粒径隙宽比对颗粒运动的影响与水压力有关。存在一特定水压力临界值,未达到该水压力时,颗粒粒径隙宽比对平均运动速度的影响不明显,超过该水压力后,影响程度显著增大,且该临界水压力值的大小与裂隙粗糙程度有关,裂隙越粗糙,临界水压力越大。 展开更多
关键词 岩体裂隙 颗粒运动 动水压力 分形维数 室内试验
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应力作用下岩石介质两相流束缚流体饱和度分形预测模型研究
12
作者 赵明凯 孔德森 +1 位作者 滕森 邓美旭 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期871-879,共9页
束缚流体饱和度是预测两相流中相对渗透率的重要参数,在油气藏开发等工程领域有着重要作用。为此,基于分形理论和毛细管模型,首先将岩石等效为固体团簇的集合体,引入不同分形维数分别表征固体团簇的尺度分布特征和流动路径的迂曲性,然... 束缚流体饱和度是预测两相流中相对渗透率的重要参数,在油气藏开发等工程领域有着重要作用。为此,基于分形理论和毛细管模型,首先将岩石等效为固体团簇的集合体,引入不同分形维数分别表征固体团簇的尺度分布特征和流动路径的迂曲性,然后提出了一种预测束缚流体在应力作用下的饱和度模型,并使用试验数据进行了验证,最后分析了束缚流体饱和度的应力敏感性和模型中各参数的影响机制。结果表明:束缚流体饱和度与流体黏度、孔隙结构参数、压降梯度以及弹性模量密切相关,有效应力会增大束缚流体饱和度,分形维数可以反映束缚流体形成的流体膜厚度和实际流动长度,量化了孔隙结构特征对束缚流体饱和度的影响。 展开更多
关键词 岩石 分形 两相流 有效应力 束缚流体饱和度
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软岩筑坝颗粒的破碎特性试验研究
13
作者 胡锦方 杨启贵 +4 位作者 熊堃 马刚 程家林 周伟 常晓林 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期359-370,共12页
部分抽水蓄能电站大坝使用软岩作为坝体填筑料。在开采、填筑和碾压过程中软岩容易发生破碎,颗粒级配和填充关系发生变化,对筑坝料强度和变形特性有较大影响。目前,对软岩筑坝料的颗粒破碎特性的研究还不够充分,与硬岩筑坝料颗粒破碎特... 部分抽水蓄能电站大坝使用软岩作为坝体填筑料。在开采、填筑和碾压过程中软岩容易发生破碎,颗粒级配和填充关系发生变化,对筑坝料强度和变形特性有较大影响。目前,对软岩筑坝料的颗粒破碎特性的研究还不够充分,与硬岩筑坝料颗粒破碎特性的差异认识还不够全面。对取自某抽水蓄能电站的软岩筑坝料进行了颗粒筛分、颗粒扫描和颗粒破碎试验,比较了软岩与硬岩颗粒破碎模式、分形维数、破碎强度和尺寸效应的差异,分析了颗粒形状和粒径对软岩颗粒破碎模式和破碎强度的影响,量化了软岩颗粒形状与破碎强度的关系。结果表明:软岩颗粒的破碎模式可分为粉碎式、分裂式和混合式3种,其中粉碎式为软岩和低强度硬岩颗粒特有的破碎模式;软岩颗粒破碎产生的碎片尺寸与碎片个数服从分形分布,分形维数为2.198,与灰岩、玄武岩和砂岩相近,略低于大理岩、石灰岩,软岩颗粒破碎表面会产生更多的细小碎片;软岩颗粒的破碎强度显著低于硬岩颗粒,平均Weibull模数为1.48,也低于大多数硬岩颗粒,其破碎强度的尺寸效应和离散性更强;软岩颗粒的破碎模式主要取决于颗粒形状,破碎强度主要取决于颗粒粒径,形状与破碎强度的关系可用所提出的公式定量描述。 展开更多
关键词 软岩 颗粒形状 破碎模式 分形维数 Weibull统计
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岩石节理接触特征尺寸效应的数值试验研究
14
作者 龚耕 李升连 +2 位作者 张国华 熊峰 唐志成 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1481-1490,共10页
为探究岩石节理接触特征尺寸效应,采用自仿射分形方法构建系列尺寸数值模型,利用离散弹塑性计算方法求解闭合变形,定量分析节理接触特征尺寸效应规律,并探究不同岩性和粗糙度对其尺寸效应的影响差异。自仿射分形方法构建的岩石节理其粗... 为探究岩石节理接触特征尺寸效应,采用自仿射分形方法构建系列尺寸数值模型,利用离散弹塑性计算方法求解闭合变形,定量分析节理接触特征尺寸效应规律,并探究不同岩性和粗糙度对其尺寸效应的影响差异。自仿射分形方法构建的岩石节理其粗糙程度随尺寸增加逐渐变小,接触面积比和组合形貌微凸体参数之间具有关联,接触面积比的尺寸效应可归因于组合形貌微凸体参数ηR的尺寸变化。岩石节理尺寸越大,闭合变形引起的塑性部分占比越多。塑性变形对接触面积比尺寸效应具有弱化作用,对闭合变形尺寸效应具有强化作用,硬岩节理的接触特征尺寸效应强于软岩节理,其接触特征代表性长度也更大。岩石节理的粗糙度对其闭合变形和接触面积比的尺寸效应具有相反的效果。 展开更多
关键词 岩石节理 自仿射分形 尺寸效应 接触特征
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基于Weierstrass-Mandelbrot函数的岩体裂隙映射重构
15
作者 刘宏伟 陈世江 +2 位作者 许有俊 张旭 鲍先凯 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3058-3070,共13页
重构岩体裂隙对精准构建裂隙岩体模型以及准确获取其力学性质具有重要意义。鉴于此,为使重构裂隙与天然状态相吻合,提出了D-n_(max)阈值公式,修正了用于岩体裂隙模拟的Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函数。通过二值化灰度图像对Barton10... 重构岩体裂隙对精准构建裂隙岩体模型以及准确获取其力学性质具有重要意义。鉴于此,为使重构裂隙与天然状态相吻合,提出了D-n_(max)阈值公式,修正了用于岩体裂隙模拟的Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函数。通过二值化灰度图像对Barton10条剖面线进行数字化,经试错法及综合分析法,以等差方式确定10个粗糙度水平的Hurst值。通过对10条剖面线进行傅里叶变换得到了幅值特征新参数Spp,结合起伏角标准差σ_i线性构建新裂隙粗糙度系数(joint roughness coefficient,简称JRC)计算公式。采用二分法获得目标JRC值对应W-M函数的最佳尺度常数G值,建立了JRC与W-M函数的映射关系。W-M函数考虑了随机项,实现了重构裂隙的差异化。对重构裂隙进行粗糙度定量化研究和室内试验,验证了新参数Spp、新JRC计算公式及映射关系的有效性。所作研究为拓展岩体裂隙获取方法提供了新的思路,为裂隙岩体力学性质研究奠定了基础。 展开更多
关键词 岩体裂隙 自仿射分形 Weierstrass-Mandelbrot函数 裂隙粗糙度系数(JRC) 映射重构
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基于3D打印的粗糙结构面模型表征及渗流特性试验研究
16
作者 王培涛 黄浩 +2 位作者 张博 王路军 杨毅 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期725-736,共12页
基于Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函数开展三维粗糙结构面表征,讨论了W-M典型几何参数对三维曲面形态影响,分析确定对应于典型Barton节理JRC轮廓线的二维与三维W-M几何参数。基于自主设计结构面渗流测试系统,结合3D打印开展不同分... 基于Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函数开展三维粗糙结构面表征,讨论了W-M典型几何参数对三维曲面形态影响,分析确定对应于典型Barton节理JRC轮廓线的二维与三维W-M几何参数。基于自主设计结构面渗流测试系统,结合3D打印开展不同分形参数和开度的裂隙渗流试验,试验结果表明:随着水力梯度和粗糙度的增加,流体的流动表现出明显的非线性,Forchheimer方程的系数A与B都随着裂隙粗糙度的增加而增大,随着裂隙开度的增加而减小;随着裂隙粗糙度的增加,临界雷诺系数Rec趋于减小,说明流体流动趋于非达西流动。光滑表面流体的流场流速比较均匀;粗糙裂隙表面流场更加复杂,整个粗糙面上存在多个高流速区域和低流速区域。研究成果可为裂隙渗流特性研究提供了可靠的分析方法和模型。 展开更多
关键词 岩石裂隙 渗流试验 分形维数 粗糙度 3D打印
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基于分形理论的岩体粗糙裂隙中溶质运移预测模型研究
17
作者 苗柯韩 黄勇 +1 位作者 马晓凡 王超琦 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2527-2538,共12页
为研究裂隙面粗糙度对粗糙裂隙中溶质运移过程的影响,以及粗糙度对水动力弥散系数D_(L)和溶质运移速度V_(t)的控制作用,基于分形理论计算了不同裂隙的粗糙度和定水头下的水力开度,讨论了裂隙面粗糙度对粗糙裂隙中溶质运移过程的影响以... 为研究裂隙面粗糙度对粗糙裂隙中溶质运移过程的影响,以及粗糙度对水动力弥散系数D_(L)和溶质运移速度V_(t)的控制作用,基于分形理论计算了不同裂隙的粗糙度和定水头下的水力开度,讨论了裂隙面粗糙度对粗糙裂隙中溶质运移过程的影响以及不同分形维数裂隙的渗流量和流速。通过耦合Navier-Stokes方程和对流−扩散方程(advection-diffusion equation,简称ADE)获得了裂隙中溶质运移穿透曲线,利用ADE经典解析解耦合直接模拟的穿透曲线,得到了水动力弥散系数D_(L)和溶质运移速度V_(t),讨论了D_(L)和V_(t)对溶质的控制作用及其与粗糙度的相关性,建立了基于分形理论的粗糙裂隙中溶质运移预测模型,并将该模型与直接模拟和基于几何特征的预测模型进行了对比验证。研究结果表明:分形维数D和幅度参数K_(v)表征裂隙面粗糙度的效果较好,D_(L)和V_(t)与分形参数DK_(v)的相关性较高,所建立模型对于岩体粗糙裂隙中的溶质运移模拟具有很好的适用性和准确性。 展开更多
关键词 岩石力学 粗糙岩体单裂隙 溶质运移 裂隙粗糙度 分形理论
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松辽盆地北部致密火山岩孔隙分形结构特征及储层综合评价
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作者 于春勇 屈凯旋 +3 位作者 郭青松 张雨欣 沈文洁 邵慧 《录井工程》 2024年第3期113-120,共8页
为了明确火山岩优质储层分布,基于显微镜下薄片、扫描电镜、高压压汞、核磁共振等地质资料,分析了松辽盆地北部营三段致密火山岩储层孔隙分形特征及其与物性关系,并通过分形维数Q型聚类方法对营三段火山岩储层进行了分类评价。研究结果... 为了明确火山岩优质储层分布,基于显微镜下薄片、扫描电镜、高压压汞、核磁共振等地质资料,分析了松辽盆地北部营三段致密火山岩储层孔隙分形特征及其与物性关系,并通过分形维数Q型聚类方法对营三段火山岩储层进行了分类评价。研究结果表明:营三段火山岩储层孔隙具分形特征,核磁共振能反映更多微小孔隙,核磁共振反映的分形维数D2整体上略大于高压压汞的分形维数D1;分形维数与储层物性及孔隙结构参数呈显著的正相关关系,且不同岩性岩相储层分形维数存在一定差异。通过分形维数Q型聚类和孔隙结构特征将致密火山岩储层分为4种类型:Ⅰ类储层孔缝组合以“原生气孔+溶蚀孔隙+构造裂缝”为主,分形维数主要分布在2.06~2.34之间,排驱压力平均值为4.79 MPa,平均孔喉半径与相对分选系数分别为2.40μm、34.37,储集性能较好;Ⅱ类储层孔缝组合以“杏仁体孔+构造裂缝”为主,分形维数分布在2.24~2.62之间,排驱压力平均值为9.64 MPa,平均孔喉半径与相对分选系数分别为0.69μm、46.64,储集性能良好;Ⅲ类储层孔缝组合以“微孔+微裂缝”为主,分形维数分布在2.43~2.86之间,排驱压力平均值为9.98 MPa,平均孔喉半径与相对分选系数分别为0.25μm、63.78,储集性能相对较差;Ⅳ类储层孔缝组合以“火山碎屑间基质内微孔+脱玻化微孔”为主,分形维数普遍>2.8,排驱压力平均值为13.99 MPa,平均孔喉半径与相对分选系数分别为0.09μm、70.47,基本无储集性能。整体而言,研究区以Ⅱ、Ⅲ类储层为主,且不同类型储层孔隙类型及孔隙结构差异显著。 展开更多
关键词 火山岩 孔隙 分形维数 综合评价 松辽盆地 营三段
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冲刷作用下砂岩宏观力学特性及微观结构
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作者 张科 关世豪 +2 位作者 齐飞飞 徐奕 金克盛 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1929-1938,共10页
水流环境下库岸边坡岩石劣化会严重危害坡体稳定性,如何精细化揭示动水冲刷作用下岩石宏观力学特性及微观结构对库区灾害防治具有重要意义。为模拟库岸边坡所处的水流环境,设计了一套岩石抗冲刷试验装置。以砂岩为研究对象,考虑自然、... 水流环境下库岸边坡岩石劣化会严重危害坡体稳定性,如何精细化揭示动水冲刷作用下岩石宏观力学特性及微观结构对库区灾害防治具有重要意义。为模拟库岸边坡所处的水流环境,设计了一套岩石抗冲刷试验装置。以砂岩为研究对象,考虑自然、静水浸泡和动水冲刷3种工况。结合室内试验、数字图像相关方法、扫描电镜和分形理论,从宏观力学参数、应变场分布特征、微观结构等角度系统探讨了不同水环境对岩石力学特性的影响。研究结果表明:(1)动水冲刷后的岩石抗压强度和弹性模量软化系数比饱水试件分别降低了0.07和0.06;(2)应变场分异速率-轴向应变曲线在峰值应力前出现拐点P,与断裂过程区的集聚相关,可作为岩石破裂的前兆信号;相较于饱水作用,冲刷作用使得破裂前兆点出现变早,这是因为冲刷作用加剧了岩石内部缺陷的发育,更易形成裂纹;(3)相较于饱水试件,动水冲刷后砂岩内部矿物颗粒和胶结物流失程度加大,微观结构劣化更为显著,这种变化在扫描电镜图像的分形维数计算结果中得到了印证,冲刷试件的分形维数最大。 展开更多
关键词 冲刷 岩石 数字图像相关方法 力学特性 微观结构 分形维数
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冲击载荷下砂质泥岩破碎分形特征
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作者 孙卓越 吴拥政 周鹏赫 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期133-139,共7页
为研究砂质泥岩在冲击载荷下的破碎分形特征,采用霍普金森压杆试验装置,对砂质泥岩试样开展冲击压缩试验,探究其在5级冲击气压和2种长径比下的应力-应变曲线特征和破坏形态,并引入分形维数量化破碎程度和破碎块度分布,分析分形维数与加... 为研究砂质泥岩在冲击载荷下的破碎分形特征,采用霍普金森压杆试验装置,对砂质泥岩试样开展冲击压缩试验,探究其在5级冲击气压和2种长径比下的应力-应变曲线特征和破坏形态,并引入分形维数量化破碎程度和破碎块度分布,分析分形维数与加载值、强度值和能量值的关系。研究结果表明:冲击载荷下砂质泥岩破坏演化主要分为裂隙压实段、以弹性变形为主的弹-塑性稳定段、以塑性变形为主的塑-弹性非稳定段、宏观破坏段4个阶段,对于冲击前长度20 mm砂质泥岩试样,在裂隙压实段试样被压缩至19.86 mm,压缩量为0.7%;冲击载荷下砂质泥岩试样呈劈裂破坏,且破碎块度分布具有较好分形规律,长径比0.4和0.8试样的分形维数与应变率、动态抗压强度、破碎耗能密度均呈正相关;相同冲击气压下,长径比0.4试样对应变率和动态抗压强度的敏感性较长径比0.8更强;当破碎耗能密度相同时,长径比0.4试样较长径比0.8的分形维数更大。研究结果可为砂质泥岩顶底板巷道的防冲治理提供一定理论参考。 展开更多
关键词 岩石动力学 分离式霍普金森压杆(SHPB) 分形维数 应变率 破碎形态
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