地质学论文_岩土孔隙率表征单元体及其分形近

文章摘要:RVE (representative volume element)/REV (representative elementary volume)的存在性及其确定是尺度效应研究领域的一个基本科学问题.从复合材料微细观力学、岩土力学与工程领域分别分析了代表性体积单元(RVE)和表征单元体(REV)的异同,以后者为主要研究对象给出岩土介质REV研究的三层次分类.进一步以第三层次分类中的孔隙率、孔隙大小及分布分形维数为约束,引入分形几何理论描述岩土介质复杂孔隙结构,通过理论公式推演及与已有文献研究结果对比,提出了一种孔隙大小分布满足分形幂律特征条件下岩土介质孔隙率表征单元体(P-REV)尺度确定的近似判据,即岩土介质选择其内部最大孔隙孔径5倍的立方体单元即可作为微细观尺度孔隙结构(孔隙率)研究的REV.后续通过低阶概率函数等统计分析方法进行了验证,结果表明,以该近似判据确定的砂岩、泡沫混凝土等岩土试样P-REV与其他方法确定的结果基本吻合,可以给出具有代表性意义的统计结果,并在表征精度与计算效率之间提供合理的平衡点.

文章关键词:岩土工程,表征单元体,孔隙,孔径尺寸分布,分形,

项目基金:国家自然科学基金(批准号:41672343,41772338,41902273,42107156),111创新引智计划(编号:B14021),中国博士后科学基金(编号:2020M681777),江苏省博士后科学基金(编号:2020Z434)资助项目,