一种微结构颗粒体分布特征的分析方法

在扫描电镜法（SEM）图像二值化基础上,建立了以颗粒体面积为变量的面积累计曲线表示方法,进而建立了该曲线的曲率系数和颗粒体面积分布特点的不均匀系数。基于瓜州砂质粉土和天津黏土的SEM图像,分析了不同面积比对应的颗粒体特征。研究表明,砂质粉土和黏土的颗粒体面积累计曲线、曲率系数和不均匀系数具有明显的差异性。砂质粉土的颗粒体面积累计曲线是一条平滑的曲线,表现为不良级配土的粒径分布特点;而黏土的颗粒体面积累计曲线具有明显的台阶,表现为某粒组缺失的粒径分布特点。另外,砂质粉土的颗粒体面积累计曲线曲率系数和不均匀系数均明显大于黏土的对应系数。该分析方法可以用来量化不同土的SEM照片之间的差异,从而为岩土微结构的定量化研究提供了一条新的思路。     

一维固结条件下黏土微结构再造过程研究和描述

采用冷冻制样方法,对不同固结压力作用下得到的重塑黏土压缩试样进行了真空干燥,对其水平截面、45o截面和垂直截面上获得的SEM照片域微结构参数进行了研究。对简单微结构参数的研究表明,随固结压力增大颗粒体所占比重越来越大。对合成微结构参数的研究包括主成分分析和聚类分析两方面,结果表明,随固结压力增大,第一主成分指标近似线性增大;不同固结压力作用下的样品具有明显的聚类特征,且类内距离随固结压力增大逐渐增大。在建立各种土力学关系时,可以考虑纳入合成微结构参数而并非简单微结构参数,以反映土微结构的整体特征。     

基于微结构指标主成分分析的沉桩挤土效应研究

前期研究已认识到,土的宏观力学性质及其表现从本质上应取决于土的微观结构。在结构性较强的软土中沉桩,桩周土体内部结构会发生显著变化,土体的强度与变形性质是这种内在变化的宏观表现,研究土体微观结构与宏观力学行为变化之间的关系,对认知土体的力学性质,从微观出发去认识沉桩挤土效应的机理,指导工程实践具有重要地理论和现实意义。本文基于天津滨海地基土实际静压桩工程,在沉桩的不同时刻、沿桩身的不同位置取桩周土体原状土样进行室内三轴固结不排水剪切试验,得到土体强度指标参数,同时进行对应的微观结构试验,得到垂直与水平方向的10个微结构指标。采用主成分分析方法,在微结构指标中提取3个主成分,较好地分析了土体微结构特征。研究表明: 3个主成分与黏聚力之间存在较好的相关关系,而与内摩擦角之间的相关性相对较弱; 第一主成分对各微结构信息的提取比较充分,第二、第三主成分是对第一主成分未反映信息的进一步补充。同时主成分分析表明,土体微结构性质对强度性质起控制作用,在沉桩过程中,近地表和下部土层宏观力学指标表现出了相反的变化规律。主成分分析方法较好地表述了土体的微结构性质,为进一步从微观入手解释沉桩挤土效应机理提供了有力依据。     

台湾瘦长红珊瑚的纳微结构特征

采用电子显微技术观察台湾瘦长红珊瑚,研究了其纳微结构。扫描电子显微镜观察到瘦长红珊瑚的特殊微结构形貌及其中方解石的晶体排布;透射电子显微镜发现了瘦长红珊瑚内部方解石晶体的形态、大小和两层结构及有机物的赋存;高分辨透射电子显徽镜显示了纳米畴、晶格和晶体结构的过渡。体现了瘦长红珊瑚的有机～无机复合结构特征,揭示了纳微尺度的生物矿化作用的机理和过程,启示了医用复合功能生物材料的研究及仿生合成。     

基于计算机X射线断层术与扫描电镜图像的黄土微结构定量分析

以湿陷性黄土的电镜扫描（SEM）和三轴CT扫描试验为基础,针对CT图像分辨率较低、难以实现土微结构精确量化的缺陷,通过对不同放大倍数的SEM图像进行图像分析,并从其中选择标准训练样本,利用训练样本对CT图像进行监督分类,从而达到定量化分析土的微结构的目的。通过比较CT图像基于自身灰度分级和基于SEM训练样本两种不同方法进行监督分类,结果表明基于SEM训练样本的CT图像监督分类,可以更好地量化监测黄土大孔隙、团粒、黏土集粒和矿物颗粒在固结剪切过程中的变化规律,从而为土的微结构研究提供了新的视角。     

基于微结构参数主成分的黄土湿陷性评价

黄土的湿陷性与其微观结构特征密切相关,它的微结构又受其应力状态和所处的含水状态影响。通过改变含水率与固结压力,对西安原状黄土进行了湿陷性试验,由此分析了不同含水率与固结压力条件下湿陷性的差异与联系,同时通过电镜扫描（SEM）获取了湿陷前、后黄土试样的微结构照片,进而获取了相应条件下的SEM照片的简单微结构参数。分析了湿陷前、后微结构参数的变化,探讨了简单微结构参数间相关关系,基于主成分分析法构建了合成微结构参数。研究表明：随着固结压力的增大,颗粒体所占比重越来越大,第1主成分近似线性增大,黄土湿陷系数与其累积主成分呈线性关系。根据这一重要认识,建立了主成分得分的湿陷系数计算方法,进而建立了黄土湿陷性评价方法。该研究对定量研究黄土湿陷性的微结构效应做了有益的探索。     

石灰膨胀土团聚体微结构的扫描电镜分析

石灰改良土为团聚体骨架结构,骨架是由团聚体构成,孔隙是由团聚体间的孔隙和团聚体内部微孔隙组成,粒间孔包括胶结物孔隙和压实时团聚体之间形成的孔隙。实验证明团聚体越小越有利于石灰与土的结合,微结构为链状结构;石灰掺量主要影响团聚体的表面微结构。在饱和状态时,钙离子浸入团聚体的内部,团聚体的内层也出现与外层类似结构。相同石灰掺量的样品,饱和状态和非饱和状态时钙的重量相对含量的分布有不同,非饱和状态时表面的钙相对较多,越往内部越少,内外差异很大;而饱和状态时,外层的钙比内层稍多,内外差异较小,团聚体内部形成较大的微集聚体。     

灰度阈值对粘土合成微结构参数的影响

为了评估和描述阈值对SEM照片反映的微结构特性的影响,本文基于多维分析方法,研究了随阈值变化,来自同一粘土样品不同观测点颗粒体域微结构之间的差别和联系。研究表明:颗粒体面积和周长可以表示为阈值的三角函数;不同观测点颗粒体域微结构参数各主成分随阈值的变化趋势是一致的,且在最大方差阈值附近,第一主成分取值达到最大;不同阈值对应的颗粒体微结构具有非常明显的聚类特征,其中三类法和四类法与实际完全相符;SEM照片之间的距离随阈值的增大有逐步增大的趋势,但在最大方差阈值处取得极小值。     

基于Matlab的土体SEM图像处理方法

土的微观结构决定了其物理力学性状,对于土体的微结构研究主要通过对土体的显微图像的定性和定量分析完成。而由于影响土体显微图像成像的因素较多,其往往不能直接用于定量分析,所以需要通过图像处理技术来相对准确地定量表达土体的孔隙和颗粒实际状况。本文利用Matlab,针对土体显微图像的特征,系统提出了Matlab条件下适用于土体显微图像全流程三阶段处理方法:图像预处理、图像分割和优化成像、图像定量统计。通过对比分析处理效果,提出图像不均匀背景消除、对比度调整、图像降噪、图像二值、优化成像、定量分析等方面处理步骤的适用函数和方法,为科研人员进行土体微结构图像定性和定量分析提供技术支持。     

饱和软土微结构分形特征的试验研究

分形几何学是研究具有自相似性的不规则曲线、具有自反演性的不规则图形、具有自平方性的分形变换以及具有自仿射的分形集等内容的一种理论,是岩土微观结构力学研究和应用的新的生长点。将分形几何学的理论运用于饱和软土微结构研究,关键是获得微结构的参数。利用液氮真空冷冻制样技术、扫描电子显微镜技术和计算机图像处理技术,对广东科学中心饱和软土颗粒分布分维值和孔隙分布分维值等微结构分形参数进行了提取,采用回归分析的方法,对颗粒分布分维值、孔隙分布分维值和孔隙度的关系进行了分析,明确了颗粒分布分维、孔隙分布分维等微结构参数的分形特征的宏观本质。     

利用SEM照片获取土的孔隙结构参数

以土工实验和计算机图像处理技术为基础, 探讨利用SEM照片获取土的孔隙结构参数的方法, 并以重塑粘性土为例进行实证分析.为获取孔隙结构参数, 首先分3个步骤对土样的SEM照片进行图像处理: 即照片格式转换、颗粒边际线探测和颜色充填; 然后针对黑白二元图像测算孔隙结构参数.从设计制备的重塑粘性土的三轴试验样品中, 选择了12个不同水分状态和密度状态的样品, 经风干和烘干后, 进行SEM测试, 每个样品拍摄了3个尺度的SEM照片, 放大倍数依次为500倍、1000倍、2000倍.之后, 对所获得的SEM照片进行了图像处理分析, 计算了相应的平面孔隙比和平面孔隙率.数据分析表明: SEM照片测算的孔隙参数与通常三相图计算的孔隙参数有关联, 测算数据可以反映土的孔隙结构特征; 样品的不同脱水方式对SEM照片测算的孔隙参数有影响, 与三相图法计算数据相比, 风干土样测算的数据略有偏大, 烘干土样测算的数据偏小; 同一土样不同比例尺的SEM照片测算出的孔隙参数有所不同, 邻近三相图法计算结果上下波动; 利用SEM照片提取土的结构信息是可行的, 对SEM照片进行图像处理分析是获取土的孔隙结构参数的有效办法.      

基于主成分分析法的Q2黄土湿陷特性研究

Q2黄土由于埋藏深,结构相对致密,其湿陷性问题常常被忽视。湿陷系数作为评价黄土湿陷程度的定量指标,其影响因素众多,包括土的含水率、干密度、孔隙比等。由于各因素之间存在一定相关性,所建立的湿陷系数与物理指标之间相关关系往往准确度较低。为降低黄土湿陷指标多重相关性对数据回归分析结果的影响,提高预测精度,以彬州渭化乙二醇项目场地Q2黄土为研究对象,在统计分析场地地层物性指标及湿陷系数与物性单一指标之间相关性的基础上,筛选了7个与湿陷系数相关性较好的指标。采用主成分分析法,通过多元线性回归分析,建立了以累积方差贡献率为基础的Q2黄土湿陷系数计算模型。模型计算值与实测值对比结果表明,该方法有效较低了湿陷系数影响因子之间的多重相关性和相互影响问题,证实了所建立的Q2黄土湿陷系数与独立影响因子之间相关关系的合理性和准确性。     

基于可拓评判法的黑土肥力质量评价

根据黑土肥力的实验特点及前人研究成果,选取与养分和理化性质相关的10个评价指标,包括有机质(SOM)、全氮(TN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、阳离子交换量(CEC)、酸碱度(pH)、容重(BD)、黏粒(CP)、>0.25mm水稳性团聚体(WSA>0.25)和分散率(DR),通过这些指标建立了新的黑土肥力质量评价体系。以该评价体系为参照,采用主成分分析法确定权重,运用可拓学理论对吉林省农业黑土的肥力质量进行综合评判。结果表明:WSA>0.25、BD和AP 3项指标权重最大,说明黑土肥力的主要限制因子可能为土壤的物理性质及有效磷肥含量;吉林省农业黑土的肥力质量以中等为主,占整个样品数的73%。     

元谋干热气候资源特征分析

元谋是云南省金沙江流域区典型的干热河谷盆地。为客观评价元谋干热气候资源和气候特征,选取云南省125个县市的气温、降水、日照、相对湿度进行气象因子的主成分分析,选取元谋县近54年来几个特殊影响时段的气温和降水数据进行气候倾向分析和小波周期分析。结果表明,元谋是云南省的高热量和强光日照区、最干燥区和光热资源高效利用区。热量因子主成分得分在滇中河谷盆地中北部最高,光日照因子主成分得分居云南省最高,干湿因子主成分得分在云南省最低;年降水量趋势变化不明显(-0.64mm/a),2001年后年降水量变化趋势明显,变化周期依次为26a、16a、2～4a;长夏季平均气温有-0.009℃/a的较明显趋势变化,2009年由明显下降变为明显上升,变化周期依次为25a、17a、4～6a;最冷时段平均最低气温有-0.036℃/a的明显趋势变化,变化周期依次为19a、4～6a;11～2月时段平均气温变化周期依次为8a、3a。     

ETM+和ASTER数据在遥感矿化蚀变信息提取应用中的比较——以安徽铜陵凤凰山矿田为例

在利用遥感技术找矿中,矿化蚀变信息识别与提取起着重要作用。选择具有典型蚀变特征的安徽铜陵凤凰山矿田作为研究区,从分析地物波谱,尤其是岩矿光谱特征出发,根据ETM+和ASTER数据的光谱特征,采用主成分分析（PCA）,设计了相应的粘土矿化蚀变信息提取方案,成功地进行信息提取。对两者的提取结果进行比较后表明,ASTER数据较之ETM数据在粘土类矿化蚀变信息提取中具有更大的优势。     

基于相关系数和Fisher最优分割法的汛期分期研究

从径流形成原理出发,提出了采用降雨径流相关系数作为汛期分期指标的基本思路。以陕西省石头河水库1954~2007年的日降水和日流量资料为基础,采用主成分分析法对影响时段径流的因素进行了分析,筛选出了影响不同时段径流量的主要因素,计算了主要影响因素与时段径流量的相关系数,采用Fisher最优分割法将石头河水库汛期划分为汛前过渡期(4月1日~5月20日)、前汛期(5月21日~7月10日)、主汛期(7月11日~8月10日)、后汛期(8月11日~9月20日)和汛后过渡期(9月21日~10月31日),并结合区域气候特点和实际发生的洪水对成果进行了合理性论证。该方法资料要求低,计算简便,具有一定的推广应用价值。     

稳健主成分分析在地震资料异常值噪声压制中的应用

提高地震数据的信噪比是地震资料处理的重要目标之一。传统的地震去噪方法虽然可以有效压制随机噪声,但对非高斯分布的异常值噪声压制效果欠佳。本研究展示了一种基于稳健主成分分析的地震数据异常值噪声压制方法。该方法在频率-空间域通过对地震数据实施稳健低秩近似来求取理想无噪声数据。在目标函数构建方面,采用核范数最小化模型求取理想的低秩近似数据,并使用l₁范数最小化模型来估计异常值噪声。此外,运用增广拉格朗日乘子法求解该反演问题。最后,模型数据和实际资料的去噪结果验证了本研究方法的有效性,与传统F-XY域预测滤波法去噪结果进行对比,也显示本研究方法在有效压制异常值噪声的同时能更好地保护有效波能量。     

土壤水中可溶性盐分离子对电导率的影响分析——以新疆尉犁县为例

为了研究土壤水中盐分离子对其电导率的影响程度.文章采用主成分分析法对影响电导率的盐分离子进行分析.结果表明:土壤水电导率主要受Cl-、SO4-、Na+这3种离子的影响,其次受控于水溶液中的HCO3-与K+这2种离子;影响土壤水电导率的7种离子之间存在严重的多重共线性,应用主成分回归方法建立的电导率预测模型效果较好.这为...