MATLAB模拟的岩体结构面曲线分形分析与粗糙度关联研究

该篇论文《基于MATLAB的岩体结构面曲线模拟及其分形研究》发表于2013年的湖南科技大学学报（自然科学版），由王敏、万文和赵延林三位作者共同完成。他们主要探讨了如何利用MATLAB这一强大的数学软件工具，结合Hurst指数的独立分割方法来模拟岩体结构面的形态，并进一步探究其分形特性。 论文的核心内容首先介绍了通过MATLAB的差分函数和随机数生成函数，生成了10条代表性的岩体结构面曲线。这些曲线的创建基于理论上的分形概念，Hurst指数在此过程中起到了关键作用，它反映了数据序列的自相似性和长期记忆性。每条曲线的粗糙度JRC值被计算出来，这是衡量结构面复杂程度的一个重要指标，它与岩体的力学行为密切相关。 接着，论文作者依据Tse和Barton的经验公式，对这10条结构面曲线进行了分析，得到了它们的JRC值。他们选取其中5条曲线，运用线段尺码法（一种测量分形维度的方法）计算了这些曲线的分形维数值Df(D)。分形维数的测定揭示了结构面在几何上的复杂性，它对理解岩体整体的稳定性有重要意义。 论文的关键部分是将JRC值与分形维数值D进行关联性研究，通过曲线拟合，发现这两者之间存在显著的关系。拟合结果证实，这种关系有助于揭示岩体结构面的复杂力学行为，为岩体稳定性评估提供了重要的理论依据。 该研究利用MATLAB的工具箱功能，结合理论模型和数据分析方法，不仅展示了如何模拟岩体结构面的复杂性，还深入探讨了其分形特征对岩体力学性能的影响。这对于岩体工程，特别是在岩体稳定性预测和灾害防治方面的应用具有实际价值，同时也体现了数学在地质科学中的重要作用。由于室内实验的局限性，这种数值模拟方法提供了一种有效的补充手段，促进了岩体结构面研究的进展。