基于动态图像技术的南海钙质土颗粒形态特征研究

颗粒形态是一项重要的细观指标,影响着粒状土的物理力学性质。钙质土因为其特殊的生物成因,有着复杂的颗粒形态。为了研究其颗粒形态特征,采用PartAn 3D颗粒动态图像分析仪对粒径0.5~20 mm的南海钙质土颗粒开展形状测试,采用延伸率、扁平度、球形度、圆度、棱角度和凸度指标定量描述颗粒形态特征。结果显示:南海钙质土颗粒的延伸率、扁平度、球形度和圆度符合正态分布,而棱角度和凸度符合幂律分布;颗粒形状以块状居多,随着粒径的减小,钙质土颗粒变得更扁平,形状更规则;通过研究样本数量对颗粒形状量化结果的影响,建议采用形状指标的算术平均值量化单一粒组钙质土颗粒形状特征时,颗粒数目不少于600。最后,运用统计学中的主成分分析方法,得到一个综合考虑钙质土颗粒形状信息的新指标,建立了该指标与钙质土最大、最小孔隙比的关系。

黄河下游冲积平原潮土土壤孔隙微形态特征

土壤颗粒排列是影响孔隙特征的最基本因素。土壤薄片能够直接观察且定量的分析土壤孔隙特征。为了解不同质地土壤的孔隙差异,于山东省东昌府区采集不同质地土壤(壤土、黏壤土、砂质壤土),通过常规方法和土壤微形态技术对比分析土壤孔隙特征。结果表明:三类样地土壤孔隙度均为表层向下逐渐减少。表层、底层差异在砂质壤土中主要体现于总孔隙度与毛管孔隙度,黏壤土、壤土则主要体现为总孔隙度与非毛管孔隙度。砂质壤土中各土层均以简单堆集孔隙为主;而0~10 cm黏壤土、壤土以复合堆积孔隙为主,其下复合堆积孔隙减少、其他形状孔隙增多。薄片图像测定孔隙数量可反映常规分析总孔隙度的50%左右,对于非毛管孔隙度则可反映80%左右。因此,土壤薄片更适合分析土壤非毛管孔隙。

颗粒形状对粗粒土密实度的影响研究

密实度是衡量粗粒土力学性能的重要指标之一。大量实验表明,颗粒形状对颗粒材料的密实度有显著的影响,但针对特定形状指标对密实度影响的研究较少。选取大石峡堆石坝料场的卵石料颗粒和块石料颗粒作为试验材料,通过三维扫描获取颗粒的真实形状,计算了颗粒的形状指标。基于颗粒的真实形状,构建模拟真实粗粒土颗粒的离散元团簇体模型。采用压缩边界法对颗粒集合体进行制样,并对所有试样孔隙比进行测定。BP神经网络与Olden方法相结合的参数敏感性分析显示:对密实度敏感性较强的形状指标依次为三维球度、凸度、三维圆度和二维圆度,颗粒的三维球度指标能够较好地反映粗粒土密实度随颗粒形状的变化规律。考虑粗粒土颗粒三维球度的正态分布特性,针对三维球度呈不同正态分布的试样进行数值模拟,结果表明:试样的孔隙比随颗粒三维球度分布范围的增大基本保持不变,其分布范围的变化对孔隙比的影响较小。