基于多重分形理论的壤土粒径分布非均匀性分析

土壤粒径分布是影响土壤水力特性最基本的土壤物理性质之一.为定量描述壤土粒径分布的非均匀特性,应用激光粒度仪对6个典型壤土土样测定了土壤颗粒的等效直径和分布规律,运用分形和多重分形理论描述了土壤粒径分布的非均匀性,计算了粒径分布的分形维数D和奇异性指数α及其相应的谱函数f(α),得到了壤土粒径分布的分形维数和多重分形谱曲线.结果表明:壤土的粒径分布具有分形和多重分形特征,单分形只能描述土壤粒径分布的整体特征,多重分形谱宽度Δα定量表征了土壤粒径分布的非均匀程度,Δα愈大,粒径分布愈不均匀;壤土粒径分布的非均匀程度受土壤中粘粒和砂粒含量的影响.多重分形方法为土壤粒径分布非均匀性的定量研究提供了一种精确的分析方法.     

基于多重分形理论的沥青路面集料离析评价方法

对采集的沥青道路表面数字图像进行二值化处理,通过多重测度理论计算得到沥青道路表面集料分布的谱参数,运用多重分形谱参数表征了沥青路面集料各分布状态下的离析程度。结果表明,沥青道路表面集料的分布有多重分形特性,其谱宽Δα能反映集料分布的不均匀程度,Δα越大表明集料分布越不均匀;通过白色像素占总像素的比率ε调整后的谱宽Δα′(Δα′=Δα·ε)能定量表征集料的离析程度;运用多重分形谱评价沥青道路表面集料离析是一种较为准确、高效、低成本的新方法。     

沥青路面表面纹理的多重分形特征及其磨光行为

为揭示沥青路面表面纹理分布特征及其磨光行为,引入多重分形理论,验证了沥青路面表面纹理三维形貌分布的多重分形特性.然后,模拟了AC-13型石灰岩混合料在转速0~1×105低速荷载下表面纹理的磨光过程,分析了磨光区域表面纹理的多重分形谱参数变化情况,量化了表面纹理磨光前后的整体与局部特征变化.结果表明,沥青路面表面三维形貌具有多重分形特性,多重分形谱宽Δα反映了表面相对粗糙的整体特征,分形谱左右两侧高差Δf反映了陡峭区域占优程度.随磨光转数的增加,分形维数D变化较小,谱宽Δα则呈现出较为明显的衰减,表面平坦区域占优程度逐渐趋于稳定.因此,多重分形特征参数为描述路面表面纹理的磨光行为提供了新思路.     

滇东喀斯特石漠化区不同植被恢复模式下土壤水分空间变异特征研究

分析了7种不同植被恢复模式的土壤容重和水分等土壤特性的变异及分布特征．结果表明,土壤容重变异较小,土壤水分含量变化相对较大．不同植被恢复模式之间,天然成熟林的含水量最大,新造林最低;不同坡位之间,以下坡的含水量最大．容重变化与水分含量变化恰好相反．通过研究滇东喀斯特石漠化地区不同年龄植被在不同坡向、坡位、石漠化程度等条件下土壤水分的空间变异规律,为滇东喀斯特石漠化地区的植被建设和规划提供理论依据和实践依据．     

粗集料表面纹理粗糙度的多重分形评价

以多重分形理论为基础,研究了6种集料(闪长岩、辉绿岩、花岗岩等,粒径为9.5~13.2mm和13.2~16mm两档)表面粗糙度.通过60X显微放大6种集料表面,获得各集料较为直观的粗糙度评价;然后采用激光轮廓仪获取集料表面轮廓高程数据,对轮廓数据进行Butterworth高通滤波处理,分离出表面粗糙度纹理信号,验证了集料表面纹理具有多重分形特性;最后对各集料的多重分形谱参数Δα与集料磨光值pPSV进行相关性分析.结果表明:多重分形谱参数Δα和Δf较单参数能更细致地表征集料表面粗糙度,Δα从整体上表征集料表面高程分布不均匀的程度,Δf从高程峰谷值局部表征表面起伏特性;Δα与pPSV具有较好的线性关系(拟合优度达0.84),集料磨光值越高,其谱宽越大;运用多重分形谱评价集料表面纹理粗糙度具有可行性,并且能为集料实际工程应用提供快速、全面的评价方法.     

五大连池老黑山西部熔岩流张裂的多重分形分析

分形与多重分形理论不断兴起与发展,在此背景下,本文应用q阶矩结构分割函数法对我国休眠活火山之一的老黑山西部熔岩流张裂进行了分析,通过多重分形谱曲线,并结合Δα、Δf两个重要的多重分形谱曲线参数,得出Δα=3.736,不接近0点,同时多重分形谱离差Δf〉0,熔岩流张裂分布相对密集具有强烈的多重分形特性.为今后定量化研究熔岩流张裂提供了一条新的途径与方法.     

次生晕多元素含量分布的多重分形特征——以山东上庄金矿为例

利用山东上庄金矿次生晕多元素含量数据集,应用多重分形原理,采用统计矩估计方法,计算了多重分形谱f(α)的跨度与对称性和差值Δα及广义维差值ΔD、Dmin-D0、D0-Dmax等特征参数,解析了不同元素含量分布的奇异性和非均质性.结果表明:元素分布均具有显著的多重分形特征,其谱函数形态为钩状.其中,Au的奇异性较其它元素强,这种模式更利于成矿;不同元素的多重分形谱函数形态差异特征,对区域成矿潜力的研究将具有一定的指示作用.     

多重分形去趋势波动分析的振动信号故障诊断

针对基于配分函数的多重分形分析不利于局部标度特性突显的问题,把多重分形去趋势波动分析(MF-DFA)方法引入到振动诊断领域,提出对振动信号进行多重分形谱参数(|B|,α0,Δα和Δf)故障特征分析,并将α0用于故障诊断.首先分析了振动信号的多重分形特性;然后提取振动信号的4种多重分形谱参数特征,并进行了比较;最后用支持向量机算法实现振动故障诊断.研究表明:去除趋势后,振动信号的波动呈现显著多重分形特征,正常状态振动信号的α0明显大于故障状态,而振动信号的|B|,Δα和Δf特征变化规律则不明显;α0作为故障特征量,能有效地区分正常状态与故障状态,有效实现了振动故障诊断.     

基于数值试验的混凝土单轴压缩裂纹分布多重分形特征

基于ABAQUS软件,利用多重分形理论对混凝土单轴压缩数值试验表面裂纹分布多重分形谱进行了定量计算.探讨了粗骨料粒径、数值试样尺寸对混凝土表面裂纹分布多重分形谱的影响.建立了基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程.结果表明,混凝土在单轴压缩数值试验条件下表面裂纹分布具有多重分形特征,满足自相似性;混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值介于1.9～2.0,随粗骨料粒径、模型尺寸的增加呈降低的趋势;基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程拟合曲线与数值试验应力-应变试验曲线吻合良好.     

黄土高原不同植被类型土壤入渗特征研究

为了研究黄土高原子午岭地段6种不同植被类型土壤水分入渗的差异及其影响因素,采用环刀法测定了不同植被类型的土壤入渗过程,分析了土壤容重、土壤含水率、毛管孔隙度与入渗性能的相关性.结果表明:(1)山杨林土壤容重最小,含水率最大,毛管孔隙度也较大,说明山杨林土壤质地疏松,含水量丰富,土壤物理性质最佳;(2)6种不同植被类型土...     

膜上灌土壤水分特性空间变异性的概率统计分析

用经典的概率统计方法研究了膜上灌条件下土壤水分某些要素的空间变异性。分析结果表明，土壤水分各特性值近似为正态分布，其合理取样数不大于４０。     

汾西灌区冬小麦田间土壤含水量空间分布研究

选取山西省临汾市汾西灌区一块约20 hm2的冬小麦试验田,在实测田间土壤含水量的基础上,利用地统计学方法,分析了田间土壤含水量的空间变异结构,并采用克里金插值技术研究了冬小麦田间土壤含水量的空间分布格局,为灌区墒情检测和农田灌溉管理提供科学指导.     

渭-库绿洲土壤盐渍化时空变化特征研究

在特定的时间和空间尺度上,某一区域的土地退化（如盐渍化等）及演变必然会导致该区域范围内土壤特性的空间变异性。本文运用RS／GIS技术,采用相关分析、传统统计学和地统计学相结合的方法,分析渭一库绿洲土壤含盐量、矿化度、电导率、含水率、PH值、八大离子等土壤特性的时空变异情况,揭示其绿洲土壤特性的时空变异规律及相互之间的关系,以便更准确地了解土壤特性时空变异和区域生态环境之间的关系。     

吹填淤泥自重沉积物理力学性质变化特征

吹填淤泥自重沉积阶段物理力学性质具有时空变异特征.通过对某围海造陆区吹填后淤泥自重沉积阶段物理力学性质的测试分析,对吹填淤泥的物理力学性质沿土层深度及自重沉积时间的变化特征进行了分析,结果表明:1)吹填淤泥的含水量(孔隙比)沿深度减小,变异性沿深度增加,强度沿深度明显增加,具有较大的变异性,应考虑变异性对选取土性指标的影响;2)吹填淤泥的含水量(孔隙比)在吹填施工完成前两个月减小速率很快,特别是表层1 m淤泥减小速率最显著,与相邻中间层淤泥层差距逐渐增大,两个月后整个吹填淤泥层进入缓慢失水状态.     

北京山区典型森林土壤的养分空间变异与环境因子的关系

根据北京山区典型森林植被的分布设置采样点,应用典范对应分析(CCA)法,对土壤养分空间变异与环境因子的关系进行分析.结果显示:研究区土壤有机质、氮、钾含量相对丰富,严重缺磷,养分整体表现为中等变异.从CCA排序结果看,环境对养分变异的影响程度及因子数量均随土层深度的增加而减小.0—10cm、10—20cm土层养分的影响因子相似,主要为坡位、海拔、0—20cm土层含水量及容重;20—40cm土层养分的主要影响因子为坡位、海拔、0—40cm土层含水量及容重;40—60cm土层养分的主要影响因子为该土层的pH值.对不同养分指标而言,有机质、全氮和碱解氮的主要影响因子为坡位、土壤含水量、海拔及林分类型;速效钾主要受土壤厚度影响;其它指标受环境因子的影响小.环境因子的定量分离结果显示,其在总体上解释了83.33%的养分变异,其中土壤相关因子解释了50.37%,地形因子解释了7.96%,二者的耦合作用解释了25%.     

新疆北疆土壤养分空间变异特性的初步研究

测定了36个土样的有效养分(碱解氮、有效磷、有效钾、有效锌)和有机质的含量，结果表明，碱解氮、有效磷、有效锌、有机质和有效钾含量的空间自相关性较强。采用Kriging指数模型的拟合效果最佳。对试验点空间预测结果说明，土壤碱解氮、有效磷、有机质含量的空间变异程度大，而有效钾、有效锌含量的空间变异程度小。     

基于GIS和地统计学的烟田土壤养分空间变异特征研究

基于GIS和GPS定位技术,结合网格取样,用地统计学方法研究了褐土烟区土壤养分(有机质、碱解氮、速效磷、速效钾)的空间变异规律,并绘制了养分空间分布图.结果表明:土壤养分在整个研究区内均表现出中等变异水平,其变异性大小表现为:速效磷有机质碱解氮速效钾.除有机质外,其它元素都表现出较强的空间结构性,土壤有机质的空间相关距最大,达447m,碱解氮的自相关距最小,仅123m;速效磷和速效钾的相关距分别为337m和345m.基于半方差函数模型,用普通克里格法对研究区土壤养分进行了克里格插值,结果表明:有机质在研究区内普遍缺乏,速效磷、速效钾含量中等,而碱解氮含量在整个研究区分布较复杂,呈零星装分布.     

地统计学在土壤科学中的应用

地统计学目前在土壤科学中得到广泛的应用和发展,利用地统计学探索土壤特性的空间分布特征及其变异规律,已经成为认识土壤特征的一个重要工具.在对地统计学的基本原理及地统计学在土壤物理特性、土壤养分、土壤盐分、土壤重金属等土壤特性空间变异研究中的应用进行研究总结的基础上,对存在的问题及发展趋势提出了一些看法.     

考虑土性参数空间变异性的地基承载力可靠性分析

根据Vanmarcke提出的随机场理论描述土性参数的空间变异性,并通过实例采用改进的Monte-carlo方法计算地基承载力可靠性指标,在该过程中考虑土性参数的空间变异性以及土性参数间的互相关性,将计算结果与直接Monte-carlo法及JC法进行了比较,得出了一些有价值的结论.     

三江源地区草地退化对土壤含水量的影响

【目的】研究草地退化对青海三江源地区土壤含水量的影响,为草地生态系统的综合监测与评估提供科学参考。【方法】根据遥感解译数据,得到20世纪70年代以来三江源地区草地退化的时空特征,结合不同土壤类型、不同退化等级下的孔隙度实测数据,利用空间分布替代时间演替的方法得到不同时段土壤饱和含水量的时空变化,分析该区草地退化与土壤饱和含水量的关联程度。【结果】20世纪70年代中后期至2004年,三江源地区草地退化现象持续发生; 2004—2012年,该区草地得到了一定程度的恢复。20世纪70年代中后期至2004年,三江源地区草地土壤饱和含水量减少了45.58亿m³; 2004—2012年,草地土壤饱和含水量减少了1.50亿m³。【结论】尽管草地退化情况略有减轻,但草地土壤饱和含水量表现出持续减少的现象。植被退化是三江源地区土壤退化的直接原因,由其引起土壤理化性状的改变,进而影响土壤持水性。