岩石力学中的分形研究_谢和平(2)
、
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实为应用分形方法研究岩石损伤力学行为提供了实验基础、。
。
目前分形方法已广泛地应用于定量描述岩石损:、。
伤区微裂纹的分布扩展以及损伤演化规律研究主要集中在以下几方面损伤演化的分形特征损伤演化过程的分形机理岩石分形孔隙与损伤演化性质分形损伤演化过程的计算机模拟(六 )、、
岩石分形统计强度理论,
岩石强度和变形是材料不规则构成和微细观缺陷复杂变化的直接结果如何恰当地描述这种不规则构成和微细观缺陷形态分布及演化建立微细观结构效应与岩石强度变形等力学量的直接关系是岩石断裂和损伤力学应用的重点和难点:、、。
、
,
、
分形几何统计物理和损伤断裂力学相结合的方法为此提供了新途径、。
、
。
已取、
得主要进展有不规则构成缺陷几何形态和物理机制变化的分形几何描述岩石强度的分形统计特性岩石强度的分形统计模型岩石损伤演化和本构关系的分形模型(七 )
岩石节理力学行为的分形研究、、
节理是岩石 (体 )内具有一定形态尺度方向和特性的面层缝或带状地质界面或弱面
、
、
。
节理构形和力
学性质直接影响岩石 (体 )的强度和稳定性
。
然而由于节理构形的不规则性传统的岩石力学方法难以合理。
,
,
地定量描述节理构形的几何形态及其对节理力学性质的影响最近研究发现节理构形呈现分形特征分形可以作为定量描述节理面几何构形和表面粗糙性研究节理面构形对节理力学性质影响的有效手段已取得的,。
,
研究进展和成果
主要有节理面粗糙性的分形描述粗糙节理面的分形特征与力学性质粗糙节理表面的多:
、
、
重分形性质分形节理力学行为的光弹实验研究
、
。
三(
、
岩石力学分形研究的应用
一 )节理岩体开采沉陷规律的分形研究,,
节理岩体开采沉陷是一个极其复杂的岩石力学现象以往常将断层看成平行板模型无法考虑断层真实形态所产生的不同力学效应及其对开采沉陷规律的影响考虑真实断层的分形性质发现分形断层面对采动。
,
断层活化滑移规律以及地表沉陷有重要影响、
、
。
目前研究和应用主要集中在以下方面分形节理面或断层面:、
构形的数值模拟方法分形断层面对采动活化和地表沉陷规律的影响开采沉陷和岩体破坏全过程的数值模拟。
217
岩石力学,谢和平
二
)顶板断裂的分 (形研究及预测工作面、。
顶板来压表现为采动应力作用下顶板变形断裂和垮落预测顶板来压是岩石力学应当考虑和解决的重要采矿工程问题之一考虑到岩石断裂和岩爆发生前分形维数突然降低因此有可能通过考察顶板下沉和断裂过程的分形维数变化来预测采场的顶板来压初步研究表明来压前的顶板下沉速度和声发射的关联维数出现明显降低分维可作为预测顶板来压的参数研究同时指出使用不同的分形维数定义来描述顶板来压分维变化趋势可能不尽相同有的顶板来压的分维可能是一个升高过程用统一的分形维数定义。。。。。
,
:
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。
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运用维数预测顶板来压时必须使
,
(三 )放顶煤开采的分形研究
放顶煤是目前倍受关注的一种高产高效的采煤技术推广和应用此项技术的重要环节之一是提高顶煤冒放性。
,
一般来讲顶煤裂隙发育程度与冒放性有直接关系研究并设法优化顶煤裂隙发育程度对提高顶煤。
,
,
冒放性具有重要意义目前研究已取得的初步进展主要有顶煤冒放性的分形描述放顶煤开采巷道裂隙的:
,
、
分形研究
。
四,
、
岩石力学中的分形研究展望,
从以上分析不难看出分形与岩石力学相结合已广泛应用于岩石力学领域研究的诸多方面取得了令人瞩目的研究成果和工程应用
。。
然而岩石力学的分形研究和应用远不止这些内容、
,
。
目前大多数研究主要集中于发现和描
述岩石结构自然形貌和岩石力学行为的分形现象性质和机理较少涉及岩石力学分形研究的数学力学基础一个重要原因是分形理论本身不成熟仍在发展当中适用于分形一岩石力学分析和应用的基,。
,
,
,
础理论框架远未形成基础理论和应用研究的诸多方面仍然相当复杂和艰难,,
因此未来岩石力学分形研究的主要方向之一是要下大力气研究分形一岩石力学及其应用的基础数学力学理论即需要研究和建立分形空间中适用于定量描述和分析分形岩石体的几何构形应力变形物理:、、、
平衡条件本构关系强度准则初边值问题数值计算等一整套的基础理论与方法国际学术界的高度重视成为下世纪非线性力学理论和应用研究的一个重要方面,、
、
、
、
、
。
目前这方面研究已引起。
,
。
此外即便是岩石力学中的分形现象性质和机理研究也存在许多尚未探明和解决的问题如岩石性状和力学性质的自仿射和多重分形性质岩石强度变形和动力波传播的各向异性岩石自组织和损伤的无序、、、
,
性对强度变形和本构关系的影响岩石流变岩石渗流特性以及煤瓦斯突出岩爆顶板压力与控制开采沉陷软岩巷道支护煤柱失稳破坏突水等一系列岩体非线性动力学现象和特性的分形描述和分形机理研究这些均有待于深人研究和探索,。、
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、
、
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、
、
至于岩石力学分形研究的工程应用才刚刚起步除需进一步加强应用基础研究之外努力推广这种新思想和新方法在岩石工程中的实践和应用是岩石力学工作者面临的另一个重要课题有待于人们去开发和,
,
,
,
应用
。
可以预言尽管岩石力学的分形研究这一新兴交叉学科才刚刚起步还相当不成熟但基于分形岩石结
,
,
,
构和力学思想的岩石力学描述分析和计算方法将会得出更加切合实际的结果
、
。
五
、
结束语,。
本文简要回顾了岩石力学的分形研究进展和取得的成果并对其未来发展趋势进行了
展望由于篇幅所限未能展开全面和深人的讨论,,。
但可以相信这一新型交叉学科的发展和应用必将极大地促进岩石力学非、。
,
线性科学的发展促进岩石力学和岩石工程问题的定量化精确化和可预测性谢和平男,
195 6
年
1
月生
。
19 87、
年毕业于中国矿业大学北京研究生部获博士学位、。
。
现任中国矿业大学 (北京
校区 )岩石力学与分形研究所所长教授博士研究生导师2 18
兼任中国科协委员国务院学位委员会力学学科评议组
,
岩石力学,谢和平
成员国际 IG M员。
,
CA
成员中国科学院国际材料物理中心成员中国煤炭学会常务理事兼青年工作委员会主任委,,、、
长期致力于分形几何岩石力学损伤断裂力学及其在采矿工程中的应用等方面的研究工作在 1 0余种国内外13 8
。
重要学术刊物上发表研究论文用Ha。
篇。
。
研究成果被国际t
SCI El
、
和中国科技论文与引文数据库收录并被广泛引、、
、
曾先后赴美国
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