粗粒土级配及颗粒破碎分形特性

验证颗粒质量-粒径分布分形模型用于表示粗粒土级配的适用性,研究粗粒土在不同缩尺粒径的情况下,采用不同缩尺方法缩尺后土体分形维数的变化规律;基于分形维数建立缩尺级配与原始级配之间的联系,分析不同母岩材料、级配和颗粒形状粗粒土三轴试验资料,推算粗粒土的相对破碎率,并探讨分形维数与相对破碎率的关系。研究结果表明:分形维数能定量描述粗粒土的原始级配和缩尺级配,不同缩尺方法得到的粒度分形曲线形态有较大差别,与原始级配的粒度分形曲线有不同程度的偏离,缩尺粒径越小偏离程度越大。在所研究的4种缩尺方法中,分形维数与缩尺粒径的对数呈较好的线性关系;围压越大,破碎分形维数和相对破碎率越大,试验前粗粒土的分形维数越大,剪切试验后相对颗粒破碎率越小。不同母岩、级配和颗粒形状的破碎分形维数与相对破碎率呈幂函数关系,通过分形维数和拟合参数可估算不同围压下的相对破碎率。     

加载速率对砂岩破碎及能耗特征的影响

为了研究应力波加载速率对岩石破碎与能量利用效率的影响,利用杆件纵向撞击面局部变形的非线性模型设计了5种不同曲率半径的锤头,获得了非等入射能与等入射能条件下不同加载速率的入射应力波,并对红砂岩进行了冲击试验.结果表明:随着应力波加载速率的增大,砂岩试样破碎块度的分形维数呈近似线性增长关系.在加载速率相同的情况下,砂岩试样破碎块度的分形维数随入射能的增大而增大.随着入射应力波加载速率的增加,破碎能耗密度增大.在加载速率相同的情况下,入射能越大岩石破碎能耗密度越大.在非等入射能条件下,岩石破碎过程中的能量利用率随着入射能的增大呈明显的下降趋势.实际生产中最优的应力波形必须综合考虑破岩效果和能量利用率等因素.     

考虑级配影响的堆石料力学特性研究

基于分形理论,分别进行了8组级配堆石料的相对密度试验及室内大型三轴压缩试验,试验之后对部分级配进行筛分处理,分析了堆石料不同级配制样分形维数与试样干密度、破碎率、强度特性、破坏比、初始切线模量参数以及体积模量参数之间的规律,建立了堆石料邓肯E-B模型参数与制样分形维数之间的函数关系式,并选用一组级配的三轴试验结果验证函数关系合理性.结果表明:级配是影响堆石料力学特性的重要因素,不同级配本构模型参数的拟合曲线相关性较好,制样分形维数的函数式可以较好地反应级配对堆石料物理力学性质的影响.     

粗粒料与结构物接触面力学特性缩尺效应

为了研究土石坝中不同材料间接触面的力学特性,利用清华大学土与结构物接触面循环加载剪切试验机,对粗粒料与混凝土板接触面分别进行了试样缩尺和粒径缩尺试验,得到了缩尺前后的接触面强度与变形特性。根据试验结果,探讨了试样缩尺和粒径缩尺对接触面力学特性的影响,并分析了其机理。结果表明:当试样与粗粒料最大粒径之比大于一定值时,试样缩尺的影响很小;而粒径缩尺后的接触面强度会降低,同时初始剪切模量则有所增长,其影响不能忽略。     

分形理论和岩石破碎的分形研究

介绍了分形的基本概念和4种分维数的确定方法,探讨了岩石破碎过程中的分形特征,推导了岩石爆破块度分布和分形维数的关系式,并建立了分维数与爆破参数的关系,从而为爆破参数优化进行块度预报提供了科学依据,为岩石破碎理论的研究提供了新的途径.     

基于岩石节理分形特性的岩体稳定性智能辨识

 调查国内大量矿山地质资料,分析其矿岩节理裂隙数据,采用分形理论揭示岩体节理间距和产状分布的分形特性.采用混沌算法优化神经网络,建立矿岩稳定性与其岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角、内聚力、弹性模量、岩体节理间距分形维数和节理产状分形维数的智能辨识模型,寻求岩体判别新方法.研究表明,岩体节理间距分形维数和产状分布分形维数可反映岩体节理空间分布的整体信息;节理间距分形维数越小,岩体完整性越好;产状分布分形维数越低,节理分散程度越小;即二者分形维数越小,岩体稳定性越好.智能辨识模型可以根据矿岩力学参数、岩体节理分形特征,预测不同地质条件下的岩体质量,为工程支护设计及施工提供依据.     

基于动荷载作用花岗岩破碎碎块的分形特征与能量的相关性

利用直径50 mm的霍普金森试验装置,研究花岗岩试件冲击破碎碎块的分形特征和耗散能量的关系.结果表明破碎花岗岩每单位体积所需要的能量和岩块尺寸、特征尺寸、均匀性系数、块度分形维数等有较大的相关性,比耗散能量和块度分形维数的关系更接近于自相似的特征;扫描电镜图像和耗散能量与碎块表面的分形维数的关系,显示了较低的耗散能量使花岗岩内部微裂纹沿晶破坏成碎块,较高的耗散能使花岗岩内部的微裂纹既有沿晶破坏又有穿晶破坏,且碎块表面的分形维数反映了碎块表面的破坏程度.     

考虑级配影响的粗粒料压缩破碎特性试验

采用分形维数和级配宽度作为级配的量化指标,通过粗粒料的侧限压缩试验,研究级配对密实粗粒料的堆积、变形以及破碎特性的影响规律。试验结果表明,粗粒料的最大干密度和低应力下的压缩模量均随着分形维数的增大先增大后减小,在分形维数为2.2附近存在极大值;同时,两者均随着级配宽度增大而增大。粗粒料的破碎强度可通过双对数坐标下的拐点表征,破碎强度随着分形维数与级配宽度的增大而增大;破碎强度越高,颗粒破碎率越小;不同级配的粗粒料充分破碎后的最终级配都收敛于唯一的分形分布。     

不同级配破碎煤岩体分形特性试验研究

研究不同级配下的破碎煤岩分形特性及压实破坏前后煤岩分布分形维数变化规律。利用自制破碎煤岩压实装置,结合DDL600电子万能试验机和计算机采集系统等,对不同级配下破碎煤岩进行压实特性试验研究,分析了不同级配与轴向应力对破碎煤岩压实后粒度分布的影响规律,建立了破碎煤岩分形维数D与轴向应力的关系。结果表明:Talbol幂指数越大,粒度分布分形维数越小,分形维数随轴向应力增大而增大,且各级配下的分形维数逐渐趋于稳定;在同一载荷下,随着Talbol幂指数的大,分形维数逐渐减小且孔隙结构趋于稳定。     

红层填料分数维与水理特性相关性研究

红层填料的现场耙压施工中的重复"压碎-翻松"过程具有自相似特征,因此所得破碎产物的粒度特征可用分数维描述.基于填料破碎的分形机理,构造了利用室内试验设备模拟现场耙压工艺破碎填料方法,进而研究了重复"压碎-翻松"过程中不断破碎的红层填料分数维变化规律.在此基础上,制备不同分数维填料,用于研究粒度特征对填料压实效果和水理性质的影响.研究结果表明,在相同的压实参数下,填料分数维越大越容易压实;具有相同压实度的填料,其分数维越大,浸水膨胀量越小,压缩性能越低.基于填料崩解性和分形理论,分析了其中机理.成果在一定程度上揭示了粒度特征对红层填料水理性质影响的规律.