定量表征河流砂颗粒的形状——在西藏帕隆藏布的尝试

河流搬运体系中,颗粒的形状属性可以反映其来源、搬运、沉积的过程。长期以来沉积学界缺乏相对统一的定量的、多维的颗粒形状参数。本研究以西藏雅鲁藏布江支流帕隆藏布为例,运用图像分析、软件分析等计算机辅助技术,对8个天然河流砂样品中的2276个颗粒开展碎屑成分鉴定和形状参数量化等工作。重点评估了11个颗粒形状参数,通过因子分析等统计方法提取并定义了3个形状信号,包括圆形度因子、规则度因子和平滑度因子。这些参数可用于表征颗粒宏观形状上接近圆形的程度、中观尺度上轮廓规则的程度及轮廓平滑的程度。挖掘天然河流砂的重要形状特征后,进一步探索了这些形状参数与颗粒成分、粒度的关系。本研究成果为解释河流系统中颗粒的形状信号、理解颗粒自身微观属性和外部物理过程等提供重要借鉴。

颗粒形状对砂土力学特性的影响研究

为了探讨砂土不同颗粒的形状特征对砂土力学特性的影响规律,建立考虑砂土颗粒形状影响的砂土强度计算公式模型。依据已有研究,选取3个描述砂土颗粒形状特征的参数(球度S,长宽比AR和凸度C),运用Image-pro plus软件对砂土和玻璃珠的形状轮廓进行二值化处理,得到标准砂和玻璃珠的颗粒形状量化结果,之后,通过引入整体颗粒形状参数O对从不同角度描述颗粒形状特征的3个参数进行整合表示,并配置5种具有不同整体颗粒形状参数的砂土试样进行不同围压条件下的常规三轴压缩试验。试验结果表明:颗粒形状特征的差异对砂土力学特性会产生较大的影响,具体表现在随着砂土整体颗粒形状参数O的增大,其内摩擦角不断减少;此外,随着整体颗粒形状参数O的减少,砂土的剪切软化程度逐渐降低,达到峰值强度后下降速率变慢;同时,基于砂土试样三轴压缩试验结果,并结合现有关于砂土峰值内摩擦角理论计算模型的研究成果,通过引入整体颗粒形状参数O,建立考虑整体颗粒形状参数O影响的砂土峰值内摩擦角计算公式。最后,配置2种不同整体颗粒形状参数的试验砂土,并在与之前砂土试样同样的试验条件下进行常规三轴压缩试验,并运用本文所建模型对试验结果进行预测,结果表明本文所建模型具有良好的适用性。