节理岩体表征单元体的分形几何研究

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1、第24卷第8期岩石力学与工程学报Vol.24No.82005年4月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringApril，2005节理岩体表征单元体的分形几何研究1，21，234卢波，葛修润，朱冬林，陈剑平(1.中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉430071；2.中国科学院岩土力学重点实验室，湖北武汉430071；3.湖北省交通规划设计院，湖北武汉430051；4.吉林大学，吉林长春130026)摘要：节理岩体的尺寸效应是其内在结构复杂性的体现，应归因于岩体内裂隙网络系统的存在。提出在岩体结构宏观分区的基础上研究表征单元体，应用分形几何的观点进行

2、研究。结果表明，分区内岩体结构具有统计自相似性。进一步的计算表明，用于描述岩体结构特征的分形维数随岩石试样尺寸的增加而减小；但当尺寸增加到某特定值时，分形维数趋于稳定，将此特定值称为结构表征单元体，即尺寸大于结构表征单元体的样本其结构具有代表性。根据表征单元体的定义，尺寸大于表征单元体的岩体试样，其力学性质具有代表性；而结构相似是性质相似的前提，由此可以推知，结构表征单元体为表征单元体取值的下限。关键词：岩石力学；尺寸效应；表征单元体；结构表征单元体；统计均质区；三维节理网络模型；分形中图分类号：TU457文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)08–1355–07FRACTA

3、LSTUDYONTHEREPRESENTATIVEELEMENTARYVOLUMEOFJOINTEDROCKMASSES1，21，234LUBo，GEXiu-run，ZHUDong-lin，CHENJian-ping(1.InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan430071，China；2.KeyLaboratoryofRockandSoilMechanics，InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan430071，China；

4、3.HubeiCommunicationPlanningandDesignInstitute，Wuhan430051，China；4.JilinUniversity，Changchun130026，China)Abstract：Thescaleeffectsofthejointedrockmassesaretheexternalbehaviorsoftheinherentcomplexityofthestructure，andcouldbeattributedtothefracturenetworkinside.Thepaperdeterminesrepresentativeelementa

5、ryvolumeonthebasisoftheevaluationofstatisticalhomogeneityofrockmassstructure.Thestudyshowsthattherockmassesstructurehasstatisticalself-similarity，andthefractaldimensionoftherockstructuredecreaseswiththesizeofthespecimenincreasing;butwhenthespecimendimensionincreasestoacertainvalue，thefractaldimensi

6、onvariesnomore.Thiscertainvalueisnamedthestructuralrepresentativeelementaryvolume(SREV).That’stosay，oncethesizeofthespecimenreachesSREV，thenitisrepresentativeofthestructureofthehomogeneity.AccordingtothedefinitionofREV，onlywhenthesizeofthespecimenreachesREV，isthemechanicalbehavioroftherockmassrepre

7、sentative.Becausethesimilarityofstructureistheprerequisiteofthesimilarityofmechanicalbehavior，thismeanstheSREVmustbethelowerboundofREV.Keywords：rockmechanics；scaleeffects；representativeelementaryvolume；stru