岩溶的分形特性与分维数
2014-01-08陶华飞彭功勋韦立德
城市道桥与防洪 2014年2期
陶华飞,彭功勋,韦立德
(1.广州市政工程设计研究院,广东 广州 510060;2.中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北武汉 430071)
0 前言
1967年美国数学家曼德布罗特(B.B.Mandelbrot)在对海岸线测量的研究中发现,海岸线任一局部放大后,与整体在形状和结构上是相似的。他把这种局部形态和整体形态相似的形体称为分形[1],由此创立了一门应用科学——分形理论。分形在自然界广泛存在,如连绵的山川、飘浮的云朵、岩石的断裂口、布朗粒子运动的轨迹、树冠、花菜、大脑皮层等;近年来已被推广至城市交通[2]、社会学[3]、经济学[4][5]等领域的研究。总之,分形科学已被广泛应用于各领域的随机性复杂事物研究。
岩溶地下客观存在物,通常不能直接观察或测量,而只能通过物探或钻探的方式间接观察或测量。物探是通过电场、声波、地震波等间接观测,获取的数据受多种环境的影响;而获取的数据还需通过反演来推断岩溶的发育、分布状态,反演结果存在多解,反演判定的岩溶边界模糊、精度很低。钻探虽然直观,相对可靠,但获取的是单孔、单点的数据,不是面上的数据,存在空间上的局限。因此,物探和钻探均难以完全揭示出岩溶发育、分布的实际形态,两者的结合相对而言是更加合理、可靠的勘察手段。但是,在城市建设工程中,或限于工期,或限于经费,或限于认识不足,通常都仅采取单一的钻探勘察方式。如何针对具体的小区域岩溶发育特点和工程特点布置勘察方案,更为有效地运用有限的岩溶勘察数据,就成为一项重要的课题。……
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