岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (10): 3871-3878.doi: 10.16285/j.rsm.2018.1317

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

多投影面下珊瑚砂砾颗粒形貌量化试验研究

王步雪岩1, 2,孟庆山1,韦昌富1,谌民3,阎钶2,张珀瑜1, 2   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071; 2. 桂林理工大学 土木与建筑工程学院,广西 桂林 541004;3. 广西大学 海洋学院,广西 南宁 530004
  • 收稿日期:2018-09-05 出版日期:2019-10-11 发布日期:2019-10-19
  • 通讯作者: 孟庆山,男,1974年生,博士,研究员,博士生导师,主要从事珊瑚岛礁工程地质与力学特性方面的研究工作。E-mail: qsmeng@whrsm.ac.cn E-mail:wangbuxueyan@163.com
  • 作者简介:王步雪岩,男,1994年生,硕士研究生,主要从事钙质砂等海洋岩土工程方面的研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 41877267,No. 41372316);中国科学院战略性先导科技专项(A类)课题(No. XDA13010200)

Quantitative experimental study of the morphology of coral sand and gravel particles under multiple projection surfaces

WANG Bu-xue-yan1, 2, MENG Qing-shan1, WEI Chang-fu1, CHEN Min3, YAN Ke 2, ZHANG Po-yu1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. College of Civil Engineering and Architecture, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China; 3. School of Marine Science, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China
  • Received:2018-09-05 Online:2019-10-11 Published:2019-10-19
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41877267, 41372316) and the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA13010200).

摘要: 珊瑚砂砾是一种由死亡的珊瑚、贝类等遗骸经过了漫长的物理与化学风化作用形成的一种特殊岩土介质。珊瑚砂砾颗粒具有易破碎的特点,其细观结构对岛礁地基的宏观力学性能有着重大影响,而砂土颗粒形貌的定量化一直是未能很好解决的技术难题。利用PartAn颗粒形貌观测系统可对同一砂土颗粒的多角度下投影图像进行研究,并通过多种参数对砂土颗粒的形貌进行评估,进而精确区分珊瑚砂砾中枝状、棒状、片状、块状颗粒的形貌特征,适用于不同形状砂砾材料的大量样本的快速测量。同时所得测试数据也可作为数值模拟的基础数据库,为随机生成不规则颗粒的手段提供了数据资源支撑。试验中对17万个单独颗粒进行了形貌量化分析,所得数据库量大,具有较高的统计可信度,同时免除了试验前人工挑选试样所带来的人为因素的干扰影响。所得珊瑚砂砾分形数据具有较高真实度,可为珊瑚砂砾在荷载作用下颗粒破碎的定量化提供可靠方法。

关键词: 颗粒形貌分析, 形貌区分, 珊瑚砂砾, 多投影面图像处理, 颗粒分类标准

Abstract: Coral sand is a special geotechnical medium formed by dead corals and shellfish after a long time of physical and chemical weathering. Coral sand particles are easily broken, and their mesoscopic structures have great influence on the macroscopic mechanical properties of reef foundation. However, some technical problems such as the quantification of sand particle morphology, have not been solved. The PartAn particle morphology observation system is used to study the multi-angle projection images of the same soil particle, and a variety of parameters are used to evaluate the morphology of sand particles. Thus, morphology characteristics of coral sand particles are accurately distinguished: dendrite, rod, flake and block, which is suitable for the rapid measurement of a large number of sandy gravel samples with different shapes. Meanwhile, the obtained test data can also be used as the database of numerical simulation, providing data resource support for the random generation of irregular particles. Experiments are carried out to analyze the morphologies of 170 thousand individual particles quantitatively, and they have a high reliability in statistics because of a large amount of database. At the same time, the interference effect of human factors caused by the manual selection of the samples before the test is avoided. The coral sand fractal data with a high degree of realism provide a reliable method for the quantification of breakage of the coral sand particle under load.

Key words: analysis of particle morphology, morphological differentiation, coral gravel, multi-projection image processing, particle classification standard

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