›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (10): 2774-2780.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于分维数的土体裂隙表征单元体估算

王 媛1,2,冯 迪1, 2,陈尚星3,吴昊宸1, 2   

  1. 1.河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098;2.河海大学 隧道与城市轨道工程研究所,南京 210098; 3.欧领特钢板桩(中国)有限公司,上海 200122
  • 收稿日期:2010-06-11 出版日期:2013-10-09 发布日期:2013-10-18
  • 作者简介:王媛,女,1969生,教授,博士生导师,主要从事岩土工程渗流、裂隙岩体应力和渗流耦合等方面的研究工作
  • 基金资助:

    新世纪优秀人才支持计划(No. NCET-07-0253);国家自然科学基金资助(No. 51179060);高等学校博士学科点专项科研基金(No. 20110094130002)。

Estimation of cracked soil’s representative elementary volume based on fractal dimension

WANG Yuan1, 2, FENG Di1, 2, CHEN Shang-xing3, WU Hao-chen1, 2   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Research Institute of Tunnel and Urban Subway Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Oriental Sheet Piling (China) Company Limited, Shanghai 200122, China
  • Received:2010-06-11 Online:2013-10-09 Published:2013-10-18

摘要: 由于干湿循环、剪切或其它作用,自然界土壤表面发育着大量裂隙。裂隙相互连接形成网络,裂隙网络是一个随机无序的系统,常规统计方法描述裂隙的分布特征存在很大的难度。网状土体裂隙一般具有分形特征,可以用分维数来进行描述。用数码相机拍摄土体表面的裂隙,将其转换成灰度图像,并结合分形理论,建立了摄影法测定土体裂隙分维数的方法,得到了土体裂隙的分维数。根据表征单元体的物理意义,建立了基于分维数估算表征单元体的方法,并对实例进行了分析。研究表明:分维数随裂隙密度,裂隙宽度和次一级裂隙发育程度的增大而增大;表征单元体与裂隙的密度均匀性和隙宽均匀性相关,基于分维数估算表征单元体的方法简便可行。

关键词: 裂隙土, 分形, 摄影法, 分维数, 表征单元体(REV)

Abstract: Natural soil may be cracked due to wetting–drying cycles, shearing or other effects. Most cracks tend to be connected and form a network. A crack network on a natural soil surface is a random and disordered system. It is hard to describe the distribution characteristics of cracks by the traditional statistical method. Generally, the crack network has fractal dimension. The theory of fractal dimension can be used to describe the distribution characteristics of cracks. Crack images are taken by a digital camera on a soil surface and converted to gray images. A method for determining fractal dimension by photograph is established based on the fractal theory. Then, the fractal dimension of soil cracks can be obtained. According to the physical meaning of representative elementary volume (REV), a method for estimating the cracked soil’s REV based on the fractal dimension is presented; and some examples are analyzed. The results show that the fractal dimensions are increased with the increasing of crack density, crack aperture and the development of secondary crack. The REV is related to the homogeneity of crack density and crack aperture. It is easy and credible to estimate the cracked soil’s REV by the method mentioned above.

Key words: cracked soil, fractal, photograph method, fractal dimension, representative elementary volume (REV)

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