基于基于分形理论的土体裂隙网络研究

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1、河海大学硕士学位论文基于分形理论的土体裂隙网络研究姓名：陈尚星申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：王媛20060601摘要裂隙分布规律研究是裂隙土力学与渗透性质研究的基础工作，土裂隙的分布一般呈网状分布，常规的统计方法描述裂隙的分布特征存在很大的难度。网状土裂隙一般具有分形特征，用分维数描述土裂隙的发育特征是一种较为合理的方法。本文建立了用摄影确定分维数的方法，使得分维数的获得更为简便和可靠。并得出以下结论：分维数是一种评价裂隙发育程度的综合指标，裂隙的分维数随着裂隙的密度增大而增大，随着隙宽的增宽而增大，随着次一级发育程度的增高而增大。裂隙的存在使得土体成

2、为不连续介质，土体中常用的连续介质理论不再适用于裂隙土，需要用不连续介质理论研究裂隙土。等效连续介质模型是较为成熟的用于不连续介质的模型，确定表征单元体积的大小是运用等效连续介质模型一个关键问题，本文依据分形理论建立了基于分维数估计表征单元体积的方法，并且发现：裂隙土的表征单元体积一般大于现有常规试验仪器尺寸，合理地测定裂隙土的渗透参数需要更大体积的试验设备。表征体积和裂隙密度的均匀性及裂隙宽度的均匀性有很大的关系，当裂隙的疏密程度均匀，隙宽变化幅度不大时其表征体积较小。相反，当裂隙发育疏密不一，隙宽变化范围较大时，该裂隙的表征面积就比较大。裂隙网络模拟是数值模拟

3、的前提，裂隙网络的合理性直接关系到数值模拟结果的可信度。本文用分形插值法很好地模拟了土裂隙的细部特征，并综合随机网络理论模拟出了土裂隙网络。关键词：裂隙土分维数表征单元体积分形插值随机网络裂隙分布规律研究是裂隙土力学与渗透性质研究的基础工作，土裂隙的分布一般呈网状分布，常规的统计方法描述裂隙的分布特征存在很大的难度。网状土裂隙一般具有分形特征，用分维数描述土裂隙的发育特征是一种较为合理的方法。本文建立了用摄影确定分维数的方法，使得分维数的获得更为简便和可靠。并得出以下结论：分维数是一种评价裂隙发育程度的综合指标，裂隙的分维数随着裂隙的密度增大而增大，随着隙宽的增宽

4、而增大，随着次一级发育程度的增高而增大。裂隙的存在使得土体成为不连续介质，土体中常用的连续介质理论不再适用于裂隙土，需要用不连续介质理论研究裂隙土。等效连续介质模型是较为成熟的用于不连续介质的模型，确定表征单元体积的大小是运用等效连续介质模型一个关键问题，本文依据分形理论建立了基于分维数估计表征单元体积的方法，并且发现：裂隙土的表征单元体积一般大于现有常规试验仪器尺寸，合理地测定裂隙土的渗透参数需要更大体积的试验设备。表征体积和裂隙密度的均匀性及裂隙宽度的均匀性有很大的关系，当裂隙的疏密程度均匀，隙宽变化幅度不大时其表征体积较小。相反，当裂隙发育疏密不一，隙宽变化

5、范围较大时，该裂隙的表征面积就比较大。裂隙网络模拟是数值模拟的前提，裂隙网络的合理性直接关系到数值模拟结果的可信度。本文用分形插值法很好地模拟了土裂隙的细部特征，并综合随机网络理论模拟出了土裂隙网络。关键词：裂隙土分维数表征单元体积分形插值随机网络AbstractThedistributingregularitiesofcracksarefundamentaryforthecrackedsoilmechanicsandpermeability．ItishardtOdescribethedistributingregularitiesofcrackswhichhav

6、ereticularshapebyusingthetraditionalstatisticalmethod．ItisreasonabletOusethetheoryoffractaldimensionstodescribethedevelopmentofreticularcrackswhichhaveffactalcharacteristics，Amethodfordefiningflactaldimensionsbyphotographispresentedinthethesis，whichmakesthedefinitionoffractaldimension

7、seasyandcredible．Andthefollowingconclusionsarealsoobtained：thefractaldimensioncanbeusedtOindicatethedevelopmentdegreeofcracks，andthefractaldimensionsareincreasedwiththeincreasingofcracks’density,cracks’widthandthedevelopmentdegreeofsecondarycracks．Thecontinuousmediummethodwhichwidelyu

8、sedin