粗集料棱角性的图像评价方法

利用自行研制的粗集料形态特征研究系统,分别采用颗粒周长法与分形几何法,提出粗糙度与分形维数2个指标对粗集料的棱角特征进行评价.将其计算结果与目前侵蚀膨胀法的表面参数指标进行了对比分析,并采用粗集料松装空隙率对粗糙度与分形维数2个图像指标进行了验证,研究表明:粗集料的粗糙度、分形维数与表面参数具有良好的一致性,均可以较好地表征粗集料的棱角性,粗集料的棱角特性与集料的粒径尺寸具有一定的相关性,集料粒径越大,其棱角性越弱,对于所采用的材料,卵石的棱角性最差,石灰岩、花岗岩、玄武岩与安山岩4个集料的棱角性差异并不显著.     

充填骨料颗粒形态参数定量评价方法

矿山充填骨料颗粒形态包括形状、棱角度及纹理是影响充填体力学、料浆管输特性及充填系统设计的重要因素.在混凝土及矿山充填领域往往仅考虑骨料颗粒大小及级配,而忽略颗粒形态的影响.针对目前对骨料颗粒形状及棱角度的定量表征评价方法不一、适用性不强、用法不明确的问题;在总结分析充填骨料颗粒形状和棱角度的8种定量评价方法的基础上,结合矿山实际应用的7种充填骨料,进行颗粒形态参数计算及对比分析,探讨各评价指标的优缺点及适用性.采用了计算机图像处理技术,计算充填骨料的颗粒形状和棱角度特征参数并进行相关性分析.结果表明:连续级配充填骨料不同粒径区间的颗粒形态参数差异不大,呈偏态分布并可用均值表示;圆形度R和周长-面积分形维数D可用来表征颗粒形状,而不受颗粒棱角度的影响;腐蚀膨胀参数ED、分形棱角度FA可用来表征颗粒棱角度,而不受颗粒形状的影响;而对于剩下的表征形状的球形度S、长宽比F、外形指数I及表征棱角度的指数AI这4个参数相互之间存在关联,不能用于区分颗粒形状和棱角度.最后,为了去除这些指标之间的重复性信息,通过主成分分析的方法得到了两个互不相关的新指标,简化了颗粒形态参数的表征,并在矿山充填骨料分析中应用.     

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。     

不同形状矿石单颗粒压缩破碎特性

为了从宏观-细观角度探究不同形状矿石颗粒的破碎强度、破碎模式、碎块尺寸分布及断口表面形貌等破碎特性,首先,基于三维扫描技术重构矿石颗粒图像,获取颗粒形状参数;其次,定量表征矿石颗粒外部宏观层次轮廓形态及细观层次凹凸度;最后,对扫描后的几何平均粒径范围为20～45 mm的不规则磁铁矿矿石颗粒进行单颗粒压缩破碎试验,并重构颗粒断口表面以定量探究断面粗糙度的影响因素。研究结果表明：矿石颗粒的破碎强度分布可用Weibull函数模型拟合,其中Weibull参数m为2.17,特征强度F₀为7.20 k N;矿石颗粒破碎模式分为边部磨损、中部破碎、贯通缝破坏、随机开裂4种类型;中部破碎为主要破碎模式,占比为0.433,“第一尺寸碎块”及“第二尺寸碎块”质量分数分布均符合正态分布,均值分别在0.65和0.30左右;但当颗粒3个主维度长度接近时,颗粒不容易发生中部破碎。以分形维数D定量表征颗粒破碎断口表面粗糙度,当截面面积大于36 mm²时,分形维数D更稳定。球度显著影响颗粒破碎断口表面平均分形维数■,扁平度、能量、棱角度及等效粒径4种因素影响程度次之且相近,...     

沥青混合料分形级配理论

介绍沥青混合料集料粒径分布分形维数的计算方法并分析其分形特征.对于连续级配,其集料粒径分布为一重分形分布;对于间断级配,其集料粒径分布为二重分形分布.采用粗集料粒径分布分形维数Dc和细集料粒径分布分形维数Df作为描述集料级配分形特点的指标.在此基础上,提出分形级配理论的计算式,该式不仅可以计算连续级配,还可以计算间断级配.研究分形级配理论与现有主要级配设计理论之间的关系,结果表明,分形级配理论可以包括现有的几种主要级配计算方法,这主要由于分形是集料级配的本质.     

岷江上游河谷土壤粒径分形维数及其影响因素

运用土壤体积粒径分维模型计算了岷江上游河谷土壤粒径分形维数,分析了分形维数的空间变化特点及其与粒度组成、粒度参数和铁游离度等之间的关系.土壤粒径分形维数空间分布与气候、植被环境有关.分形维数可以反映粒径大小.分形维数与粒度标准偏差和峰度不存在相关性,样品粒度特征主要受原位母质风化影响.铁游离度(Fed/Fet)与分形维...     

颗粒级配对混合土力学性质影响的试验研究

利用按质量比制备的黏土和细砂的混合土,开展混合土的固结快剪试验和压缩试验,探讨颗粒级配对混合土强度和变形特性的影响,基于分形维数对颗粒级配特征的定量描述,建立了混合土强度参数、变形参数与分形维数的函数关系。研究结果表明:分形维数较含砂量更好地反映了混合土强度和变形特性随着颗粒级配变化的规律,分形维数2.467(含砂量80%)为混合土力学性质明显变化的界限值,反映了颗粒级配渐变引起混合土力学性质突变的现象,为合理解释混合土力学特性变化提供了实验依据。     

基于分形级配理论的油井水泥体系设计及评价

针对目前油井水泥混合料配比设计困难、缺乏合理颗粒级配模型的现状,基于分形几何理论建立了颗粒群分形连续级配模型.利用激光粒度测试仪分析了级配原材料的粒径分布状况,并将分形级配模型与Andreasen方程进行对比,得到实现最紧密堆积的分形维数范围.结合塔里木现场要求取分形维数为2.561,优化设计出浆体密度为1.40 g/cm3的三元体低密度水泥浆体系,并对体系性能进行了室内评价.结果表明,该体系水泥石抗压强度(24 h)大于18.4 Mpa,养护压力对强度影响很小,水泥浆失水量和游离液含量较低,稠化和流变性能满足要求,体系稳定性好,验证了体系粒径分布的合理性和分形级配模型的可行性.     

考虑间断级配的破碎矸石压实和再破碎研究

级配结构是影响破碎矸石压实和再破碎特征的重要因素,而级配矸石的压实和再破碎特征直接决定了采空区充填质量和效果。首先,采用分级加载方式对连续级配和间断级配的破碎矸石进行侧限单轴压缩试验;基于试验结果,研究轴向应力和级配共同影响下的压实变形参数、再破碎参数的变化规律,分析再破碎后颗粒的粒径分布和分形特征。然后,以级配压实-破碎—分形演化为研究路线,建立分别表征压实和分形特征的压实度增量与分形维数之间的关系式,以及分别表征压实和再破碎特征的应变与分形维数增量之间的关系式,并论证关系式中参数的物理意义,探讨级配矸石压实和再破碎过程之间的内在关系。研究结果表明：根据压缩模量变化规律及其不同阶段的压实变形机理,可将不同级配破碎矸石压实阶段划分为快速压实、缓慢压实和稳定压实3个阶段,颗粒再破碎后的粒径分布特征表明颗粒的再破碎主要发生在缓慢压实阶段;本文提出的关系式较好地描述了级配破碎矸石的压实—再破碎全过程,可反映不同级配矸石在压实和再破碎过程中的稳定性,可为采空区精准充填及其预防提供理论依据。     

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。