基于分形理论的雷电冲击土体等离子体通道发展研究

来源：上海理工大学学报杂志2023年第6期北京时间：

作者：饶平平，王齐苘，吴健

单位：上海理工大学 环境与建筑学院，上海 200093,上海理工大学 环境与建筑学院，上海 200093,同济大学 土木工程学院，上海 200092

摘要：等离子体通道对岩土体破坏过程具有内动力作用，针对雷电冲击岩土体后的等离子体通道发展进行研究，从电击穿的角度构建岩土体击穿通道的随机概率模型，采用拉普拉斯方程计算电场，引入分形理论计算发展概率，得到等离子体通道路径模拟图。采用盒维数法计算分形维数来反映等离子体通道发展情况，分析了土体电阻率、雷电流幅值及内部电压降对分形维数的影响规律。结果表明：随着土体电阻率增大，分形维数逐渐减小；随着雷电流幅值增大，分形维数逐渐增大；随着土体内部电压降增大，分形维数逐渐增大，且在土体电阻率越小时，分形维数变化越显著。研究证明，运用二维图像方式直观表现出岩土体内等离子体通道发展，并利用分形几何定量描述岩土体内等离子体通道的发展规律，有助于预测岩土体破坏过程的发展，便于进一步研究岩土体电击穿的物理本质。

关键词：等离子体通道;电击穿;拉普拉斯方程;分形理论;盒维数法

基金资助：国家自然科学基金资助项目（42077435，42377171）