[发明专利]一种基于分形理论的粗粒料缩尺方法

摘要

本发明提出一种基于分形理论的粗粒料级配的缩尺方法，适用于水利、土木工程粗粒料的颗粒级配缩尺，可有效减弱粗粒料缩尺效应。自然形成的砂砾料以及经过参数设计生成的爆破堆石料，颗粒级配基本符合Talbot级配曲线，其粒度符合分形分布，具有优良的压实性能。本发明方法基于分形理论，通过引入级配参数和分形维数，提出了原级配粗粒料在指定最大控制粒径dmax条件下的物理力学条件基本一致的缩尺级配公式。具体步骤为：①计算原级配的分形维数D0；②通过最大控制粒径dmax对应级配料的相对密度试验，确定其临界分形维数Dl；③根据D0与Dl的关系，计算级配参数A；④将级配参数A和D0代入级配公式，即得到缩尺后的目标级配。

主权项

一种基于分形理论的粗粒料缩尺方法，其特征在于具体步骤如下：(1)具有分形特性粗粒料的确定：以原级配粗粒料级配曲线为依据，选取级配曲线上的代表性点Z（di,pi），其中：di为筛孔直径，pi为原级配小于某筛孔直径di的质量分数，验证原级配粗粒料是否具有分形特性，若计算相关系数R大于相关系数检验表中对应的值，则粗粒料具有分形特性，确定相关系数R的值； R = Σ i = 1 m ( x 0 i - x ‾ 0 ) ( y 0 i - y ‾ 0 ) Σ i = 1 m ( x 0 i - x ‾ 0 ) 2 Σ i = 1 m ( y 0 i - y ‾ 0 ) 2 ; 式中：m为样本个数； x ‾ 0 = 1 m Σ i = 1 m x 0 i ; y ‾ 0 = 1 m Σ i = 1 m y 0 i ; x0i=lg(di/d0max)；y0i=lgpi/100；pi为原级配小于某筛孔直径di的质量分数，%；d0max为原籍配料最大粒径，单位为mm；(2)具有分形特性原级配粗粒料的分形维数D0的确定；将具有分形特性粗粒料的代表性点Z（di,pi）通过下式，即得到分形维数D0；lg(pi/100)=(3‑D0)lg(di/d0max)；（3）确定临界分形维数Dl；通过控制不同级配粗粒料的最大粒径dmax相同，对不同级配粗粒料进行相对密度试验，求得最大和最小干密度，将求得值转换为孔隙率n，得出最大孔隙率或最小孔隙率与分形维数D的关系曲线，该曲线峰值点对应点即临界分形维数Dl; n = 1 - ρ d ρ s 式中，ρd为干密度，g/cm3；ρs为颗粒比重，g/cm3；n为孔隙率；（4）缩尺标准的确定：将原级配粗粒料的分形维数D0与临界分形维数Dl进行比较，根据分形维数D0与临界分形维数Dl的关系，计算级配参数A的值； A = 0 , D 0 ≤ D l P 5 k - 100 ( 5 d ′ max ) 3 - D 0 1 - ( 5 d ′ max ) 3 - D 0 , D 0 > D l ; 式中，d′max为缩尺料最大粒径，单位为mm；P5k为缩尺时控制的细粒含量，以使缩尺级配料物理力学性质与原级配保持一致，其最大值不超过P5l，即 P 5 l = 100 ( 5 d ′ max ) 3 - D l ; （5）缩尺级配确定：根据级配参数A和分形维数D0的值，即得到缩尺后的目标级配p'i； p ′ i = A + ( 100 - A ) ( d i d ′ max ) 3 - D 0 .