1、混沌理論及其在巖土工程中的應(yīng)用匯報人：周棟什么是混沌混沌現(xiàn)象確定但不可預(yù)測的運(yùn)動狀態(tài)外表與隨機(jī)運(yùn)動相似內(nèi)在動力學(xué)是確定的對無限小的初值和微擾敏感混沌系統(tǒng)三個關(guān)鍵要素臨界水平，非線性事件的發(fā)生點分維形，表明有序與無序的統(tǒng)一對初始條件的敏感依賴性混沌的特征有界性：混沌是有界的，它的運(yùn)動軌線始終局限于一個確定的區(qū)域，稱這個區(qū)域為混沌吸引域。遍歷性：混沌運(yùn)動在其混沌吸引域內(nèi)是各態(tài)歷經(jīng)的，即在有限時間內(nèi)混沌軌道經(jīng)過混沌區(qū)內(nèi)每一個狀態(tài)點。內(nèi)隨機(jī)性：混沌的內(nèi)隨機(jī)性實際就是它的長期不可預(yù)測性，對初值的敏感依賴性決定了它的這一性質(zhì)，同時也說明混沌是局部不穩(wěn)定的。分維性：分維表示混沌運(yùn)動狀態(tài)具有多葉、多層結(jié)構(gòu)，且

2、葉層越分越細(xì)，表現(xiàn)為無限層次的自相似結(jié)構(gòu)。標(biāo)度性：是指混沌運(yùn)動是無序中的有序態(tài)。其有序可以理解為：只要數(shù)值或?qū)嶒炘O(shè)備精度足夠高，總可以在小尺度的混沌區(qū)內(nèi)看到其中有序的運(yùn)動花樣。普適性：所謂普適性是指不同系統(tǒng)在趨向混沌態(tài)時所表現(xiàn)出來的某些共同特征，它不依具體的系統(tǒng)方程或參數(shù)而變。正的 Lyapunov 指數(shù)：Lyapunov 指數(shù)是對非線性映射產(chǎn)生的運(yùn)動軌道相互趨近或分離的整體效果進(jìn)行的定量刻畫?；煦缭趲r土介質(zhì)沉陷破壞過程中的識別應(yīng)用研究的范圍大，研究采場及其所波及的所有巖土介質(zhì)乃至地表研究的對象多，涉及巖土介質(zhì)的破壞、地上下水體的流失和潰漏、地質(zhì)構(gòu)造斷裂的突變失等等研究更加復(fù)雜的受力狀態(tài)，除了

3、研究重新分布的自重應(yīng)力，還要考慮外圍巖層的牽引、開挖提供構(gòu)造應(yīng)力釋放空間的卸荷作用及難于準(zhǔn)確掌握的構(gòu)造應(yīng)力顯現(xiàn)研究的不僅是附加應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律，更主要的是研究采動影響范圍及地表所產(chǎn)生的大變形、大位移，甚至運(yùn)動研究采動巖土介質(zhì)的雙重質(zhì)量特征，即：使巖土介質(zhì)失去無法挽回的工程性質(zhì)“不可逆性”，同時形成一個可以恢復(fù)工程使用的再生結(jié)構(gòu)“可逆性”研究巖層及地表的雙重動態(tài)變形和破壞特征，采動巖層及地表隨時間變形和移動，同時又隨工作面的推進(jìn)而發(fā)展，即動態(tài)之中的動態(tài)不僅需要研究巖土介質(zhì)本身的損害控制，而且還需要研究巖上介質(zhì)沉陷所波及的一切生產(chǎn)工程和生活設(shè)施的破壞控制巖土介質(zhì)沉陷破壞研究特征巖土介質(zhì)破壞過程中

4、混沌本質(zhì)研究巖土介質(zhì)從微觀到宏觀上均具有多缺陷性，結(jié)構(gòu)缺陷的雜亂無章、隨機(jī)無序?qū)е聨r土介質(zhì)的非確定性力學(xué)特征巖土介質(zhì)中的缺陷分布具有非規(guī)則性，是一種統(tǒng)計意義上的自相似分形結(jié)構(gòu)；地層沉陷來自于噪聲(隨機(jī)漲落)，包括結(jié)構(gòu)演化導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力變化(內(nèi)部漲落)和外界應(yīng)力(地心引力與潮汐引力)作用(外部漲落)；地層沉陷是在噪聲作用下，內(nèi)部裂隙非線性演化的結(jié)果：包括單個裂隙分形生長、眾多裂隙協(xié)同作用、裂隙突變擴(kuò)展或滑移、裂隙網(wǎng)絡(luò)形成與演化；破碎巖塊滑坡、冒落、滾動過程的粘滑分形特征等。結(jié)構(gòu)缺陷及其演化的貌似隨機(jī)、隨機(jī)漲落和巖土介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷間的非線性相互作用是地層沉陷過程中混沌產(chǎn)生的根源。巖石蠕變變形的混沌

5、特性研究巖石具有力學(xué)參數(shù)范圍廣和多邊性，結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，力學(xué)性質(zhì)的非均質(zhì)及各向異性等非線性特征。大量的研究表明，巖石的蠕變變形具有明顯的混沌動力學(xué)特征。表現(xiàn)為系統(tǒng)的力學(xué)行為對初始力學(xué)條件，邊界條件及力學(xué)作用過程的敏感依賴性，變形破壞的隨機(jī)性以及系統(tǒng)長期行為的不可預(yù)測性。蠕變變形巖石力學(xué)性質(zhì)加載方式巖石試件尺寸巖石蠕變變形的初始依賴性巖石應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程的聲發(fā)射及分形與混沌特征初始壓密階段彈性階段應(yīng)變硬化階段應(yīng)變軟化階段巖石應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程的聲發(fā)射特征初始壓密階段(OA)：隨軸向應(yīng)力增加軸向變形、橫向變形也增加，但軸向變形大于橫向變形，體應(yīng)變增大，試件體積變小，曲線微向上彎曲。因巖石中的微裂隙或節(jié)

6、理面在被壓密實的過程中會產(chǎn)生聲發(fā)射信號，其聲發(fā)射特征為：撞擊數(shù)少、能量低、振幅小。彈性階段(AB)：應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似于直線，體應(yīng)變繼續(xù)增大，試件體積繼續(xù)減小，試件內(nèi)部的微裂隙或節(jié)理面已被壓密，產(chǎn)生的聲發(fā)射信號很微弱，表現(xiàn)為撞擊數(shù)很少、能量很低、振幅很小。應(yīng)變硬化階段(BC)：巖石內(nèi)部開始產(chǎn)生微裂隙，隨加載載荷的增加，試件內(nèi)部的裂隙擴(kuò)展最終匯合貫通，使試件破壞。這個階段產(chǎn)生的聲發(fā)射信號非常強(qiáng)烈，表現(xiàn)為：撞擊數(shù)驟增、能量高、振幅大。應(yīng)變軟化階段(CD)：巖石還有一定的承載力，聲發(fā)射信號會繼續(xù)產(chǎn)生，表現(xiàn)為撞擊數(shù)驟減、能量和振幅減小。巖石應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程中微觀損傷定位當(dāng)加載應(yīng)力水平處于初始壓密階段(OA)、彈性階段(AB)時，試件不會產(chǎn)生微裂紋，也就不存在事件數(shù)(events)；當(dāng)加載應(yīng)力水平達(dá)到應(yīng)變硬化階段時(BC)，巖石試件內(nèi)部開始產(chǎn)生微裂紋，這時所布置的聲發(fā)射探頭就會接收到聲發(fā)射信號，可以對損傷點進(jìn)行定位，一個定位點就是一個事件數(shù)；當(dāng)加載應(yīng)力水平達(dá)到應(yīng)變軟化階段(CD)時，巖石試件還存在一定的承載力，試件會繼續(xù)破壞，事件數(shù)會繼續(xù)產(chǎn)生。最終所有的事件數(shù)形成巖石試件的宏觀破裂面，如