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：高召寧申請學(xué)位級別：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)位論文機制，以及b和D之間的正相關(guān)關(guān)系，從理論上和實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力學(xué)過程，明確了系統(tǒng)組構(gòu)分形和地震活動性之間的因果關(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，細顆粒成分越多，分維數(shù)在2到3之間。以實測資料為依據(jù)，從顆粒流理論出發(fā)，結(jié)合大型相對密度儀和直接剪切儀實驗，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、流動性能差，崩塌流動過程中，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，從而限制了系統(tǒng)各部分敏感性遞增的趨勢，使得擾動強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力學(xué)特征，進而得出斜坡松散堆積物系統(tǒng)對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，并以單元的破壞強度服從二次Weibull分布為基礎(chǔ)，運用重整化群理論建立了計算力學(xué)模型，推導(dǎo)了巖石破壞的臨界破壞概率阢。結(jié)果表明，當單元的破壞概率P小于臨界破壞概率m時，單元的破壞是獨立的和隨機的，系統(tǒng)向穩(wěn)定態(tài)演化：當單元的破壞概率P大于臨界破壞概率肌時，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、通過對區(qū)域滑坡的空間規(guī)模分布，以及單個滑坡演化過程的位移時間序列分析，證明了滑坡災(zāi)害具有自組織臨界性?；乱话惆l(fā)生在眾多不連續(xù)面中強度效應(yīng)最弱的主滑面上?；嬖谘莼^程中是一種遠離平衡態(tài)的自組織臨界現(xiàn)象。運用圖型動力學(xué)模型從圖型演化角度分析了滑動面損傷破壞方式的“多米諾效應(yīng)“和損傷破壞的“鏈式反應(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力學(xué)規(guī)則，描述損傷單元之間的一種自動放大的非局域