自組織臨界性、分形及災(zāi)變理論研究.pdf

1、西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文自組織臨界性、分形及災(zāi)變理論研究姓名：高召寧申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：道路與鐵道工程指導(dǎo)教師：姚令侃20080501第l|頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文機(jī)制，以及b和D之間的正相關(guān)關(guān)系，從理論上和實(shí)踐上證明了地震的自組織臨界現(xiàn)象源于分形幾何斷層系的自組織臨界性的動(dòng)力學(xué)過程，明確了系統(tǒng)組構(gòu)分形和地震活動(dòng)性之間的因果關(guān)系。5、研究了國道317都江堰至汶川K74775K75740段7處斜坡松散堆積物顆粒粒度分布的分維規(guī)

2、律，研究表明：斜坡松散堆積物顆粒分布具有良好的分形結(jié)構(gòu)，分維數(shù)隨著斜坡高度的增加而增大，分維數(shù)越小，斜坡松散堆積物中粗顆粒成分越多，分維數(shù)越大，細(xì)顆粒成分越多，分維數(shù)在2到3之間。以實(shí)測資料為依據(jù)，從顆粒流理論出發(fā)，結(jié)合大型相對(duì)密度儀和直接剪切儀實(shí)驗(yàn)，探討了材料性質(zhì)相同的顆粒物質(zhì)其宏觀力學(xué)性質(zhì)與顆粒粒徑分形分布之間的關(guān)系。推導(dǎo)了剪切應(yīng)力系數(shù)、正應(yīng)力系數(shù)、內(nèi)摩擦角和顆粒濃度與粒徑分維數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明：粒徑分維數(shù)D小的斜坡松散堆積物，

3、流動(dòng)性能差，崩塌流動(dòng)過程中，斜坡松散堆積物系統(tǒng)與干擾相互作用的效應(yīng)使松散物沿坡面下落阻礙增強(qiáng)，從而限制了系統(tǒng)各部分敏感性遞增的趨勢，使得擾動(dòng)強(qiáng)度不至于總是超過自穩(wěn)能力，該斜坡松散堆積物系統(tǒng)仍具有自組織臨界性動(dòng)力學(xué)特征，進(jìn)而得出斜坡松散堆積物系統(tǒng)對(duì)于擾傳播制約的能力是由組構(gòu)的分形特征所決定的系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定的。6、分析了巖石破壞過程的自組織臨界特征。為了研究這種臨界問題，提出了一種利用自組織程度參數(shù)a刻畫單元之間的應(yīng)力轉(zhuǎn)移和局部單元上的

4、應(yīng)力集中的方法，并以單元的破壞強(qiáng)度服從二次Weibull分布為基礎(chǔ)，運(yùn)用重整化群理論建立了計(jì)算力學(xué)模型，推導(dǎo)了巖石破壞的臨界破壞概率阢。結(jié)果表明，當(dāng)單元的破壞概率P小于臨界破壞概率m時(shí)，單元的破壞是獨(dú)立的和隨機(jī)的，系統(tǒng)向穩(wěn)定態(tài)演化：當(dāng)單元的破壞概率P大于臨界破壞概率肌時(shí)，單元的破壞向宏觀貫通的張裂面這一吸引域集中；臨界破壞概率阢以及單元承受外載，的能力均與初始條件有關(guān)，仇和F／Fo隨自組織程度參數(shù)a增大而減小，且F／FoI，表明由于應(yīng)力

5、的轉(zhuǎn)移使得單元破壞應(yīng)力降低。7、通過對(duì)區(qū)域滑坡的空間規(guī)模分布，以及單個(gè)滑坡演化過程的位移時(shí)間序列分析，證明了滑坡災(zāi)害具有自組織臨界性。滑坡一般發(fā)生在眾多不連續(xù)面中強(qiáng)度效應(yīng)最弱的主滑面上?；嬖谘莼^程中是一種遠(yuǎn)離平衡態(tài)的自組織臨界現(xiàn)象。運(yùn)用圖型動(dòng)力學(xué)模型從圖型演化角度分析了滑動(dòng)面損傷破壞方式的“多米諾效應(yīng)“和損傷破壞的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)“過程。以確定性的、不可逆的、非線性、非局域和沒有特征尺度的動(dòng)力學(xué)規(guī)則，描述損傷單元之間的一種自動(dòng)放大的非局域