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。     

用PC-1500计算机模拟插补计算悬移质级配曲线

一、概述在现行的悬移质泥沙颗粒分析中,平均粒径的计算、中值粒径的确定以及泥沙资料整编中固定粒径组的级配百分数的确定,都是先在半对数纸上,利用分析粒径组的粒径及其级配百分数,点绘泥沙颗粒级配曲线,再在级配曲线上查出所需粒径对应的级配百分数,并用公     

颗粒级配对非饱和粘性土基质吸力的影响规律

颗粒级配是影响非饱和粘性土基质吸力变化规律的主要因素之一。本文在室内实验基础上,根据颗粒级配与非饱和土土水特征曲线基本参数之间的定量关系,探讨了颗粒级配对非饱和土基本特性的影响程度。研究结果表明:颗粒级配对非饱和土残余含水量控制作用明显,后者与粘粒、粉粒含量线性正相关,与角砾含量和粗、细粒含量之比分别线性、非线性负相关;不同粒组中,粉粒含量对土体残余含水量的影响程度最大,角砾含量的影响程度较低。颗粒级配对非饱和土残余基质吸力的影响程度较弱,后者与粘粒含量以及粗、细粒含量之比具有一定的相关性。非饱和土含水量变化幅度以及基质吸力对含量变化的敏感性与颗粒级配相关性最弱。但是,粘粒、粉粒含量以及粗、细粒含量之比对这两个特征值可能具有一定的影响作用。     

基于数字图像处理技术的砂土颗粒级配分析研究

砂土颗粒级配是影响砂土工程性质的重要参数之一,传统的颗分试验方法由于试验原理不同而具有不同的适用范 围。为更加方便、准确地获取砂土颗粒级配,提出了一种基于数字图像处理技术来获取SEM照片中的砂颗粒粒径参数及级 配特征的新方法。将准备好的砂土样品打磨成薄片放在扫描电镜下拍照,然后利用Photoshop软件对照片进行拼接,并采用 自主研发的SMAS数字图像分析系统对拼接好的照片进行定量分析处理,获取样品的微观结构参数,将获得的“土颗粒等 效直径”和“土颗粒面积”分别等效为实际土颗粒粒径和土颗粒质量,进而换算得到砂土的颗粒级配曲线;然后将通过数 字图像技术获得的砂土颗粒级配曲线与通过传统筛分法和激光粒度分析法得到的颗粒级配曲线进行对比,验证了提出的数 字图像处理方法的有效性和可靠性,同时分析了两种方法之间存在的差异及其原因,并对数字图像处理方法和传统颗分方 法各自的优缺点进行了讨论。     

钙质砂破碎过程及其微观机制试验研究

为了掌握南海钙质砂压缩变形特征及其微观机制,对3种不同粒组(S1:1.43~2mm、S2:0.5~1mm、S3:0.5~2mm)的钙质砂进行100~3200kPa压力范围的压缩试验,利用自制的砂土微观结构提取装置和图像处理软件(PCAS)获得并分析了钙质砂压缩过程中微观结构。结果表明:(1)钙质砂的大小、形状和级配对颗粒的破碎具有显著影响,当压力较低时(＜800kPa),粒径较大的S1组以砂颗粒棱角破碎为主;粒径较小的S2组没有明显破裂,相对规则的颗粒形态使S2粒组在该压力范围内主要因颗粒的滚动与重分布导致压缩;级配良好的S3组除部分低宽度断肢状颗粒外其余大小、形态颗粒无明显破裂。(2)当压力较大时(＞800kPa),S1组钙质砂逐渐转向以颗粒的整体破坏为主的破碎形式;S2、S3两组试样随着密实度的提高,砂颗粒的破坏以整体破碎为主。基于对破碎过程中试样微观结构变化的提取与分析,总结并提出了控制钙质砂颗粒破碎的4种接触模式:点-线接触、线-面接触、面-面接触和复合接触,可用于判断不同条件下的颗粒破碎形式。最后,讨论了钙质砂在破碎过程中颗粒几何参数的变化。     

川东北飞仙关组鲕粒特征与水动力相关性研究

早三叠世鲕粒在全球范围内广泛发育,且出现巨鲕。川东北飞仙关组台缘鲕粒滩非均质性强,鲕粒类型复杂。选择川东北龙潭村、莱溪及鱼洞子剖面进行野外实测、镜下鉴定及粒度分析,对鲕粒类型及粒度参数演化与水动力相关性进行研究。研究发现川东北飞仙关组发育7种原生沉积鲕粒,9种后生改造成因鲕粒,其中后生改造成因的破碎鲕可进一步细分。除偏度外,平均粒径、标准偏差、峰度等粒度参数及粒度资料图解曲线形态具有很强的相关性,与鲕粒类型结合判断龙潭村鲕粒滩由活动边缘带转变为稳定鲕粒砂坪沉积,水动力逐渐减小;莱溪呈活动边缘带—稳定鲕粒砂坪—活动边缘带沉积旋回,水动力先减小再增大;鱼洞子向上水动力逐渐减小。但含巨鲕的层位与整体的鲕粒类型及粒度变化趋势相关性较差,这可能是由于巨鲕异常大的粒径形成主要受微生物作用和海水碳酸盐岩饱和度的快速增大复合影响,而非水动力快速变化。因此,在利用粒度参数判断具有巨鲕发育的沉积环境水动力条件时,不能简单地凭借粒度便做出结论,需对鲕粒粒度参数进行相关性分析,去除相关性较差的样品数据。     

非饱和土粒间毛细作用的微观不连续变形分析

非饱和土粒间毛细水作用是其基质吸力的主要来源。本文基于二维非连续变形分析算法(DDA),建立了一种能够模拟不同饱和度下毛细水分布状态及计算土水特征曲线的扩展DDA算法。该算法首先通过反复迭代的方式来计算出不同饱和度下毛细水弯液面的半径,并利用圆心轨迹交汇法确定粒间毛细水弯液面与颗粒的搭接位置,从而确定各个颗粒表面被毛细水浸湿的区域。而后利用Young-Laplace方程计算出各个浸湿区域毛细负压的大小,并将其与表面张力添加到传统DDA算法控制方程中。为验证该算法,参照真实黄土中含量最多的粗颗粒建立一理想黄土微观土骨架模型,模拟了不同饱和度下土体中的毛细水分布状态,并获得了土水特征曲线。将模拟结果与实测的土水特征曲线进行对比分析,结果显示预测值和实测值基本一致,该方法能够从微观上揭示非饱和土粒间吸力作用的本质。     

考虑颗粒破碎引起级配演变的粗粒料屈服函数研究

级配作为粗粒料的重要物理特性,显著影响着粗粒料本身的力学性质。准确预测土体在加载过程中的级配演变,是有效分析土体结构全寿命周期强度和变形特性的基础。引入Einav的分形破碎理论,认为土体在加载过程中的颗粒破碎耗能增量正比于颗粒分形破碎率增量,结合考虑颗粒破碎的能量平衡方程,选取已有文献中的试验数据,对粗粒料加载过程中的级配演变进行了研究,提出了一种预测试样加载过程中级配演变的方法。在此基础上,建立了一个可以反映粗粒料级配演变的屈服函数,对该屈服面函数进行了初步探讨。每一个屈服面对应土体的一个级配演化曲线;屈服面是土体剪切应变的等值面,屈服面的轨迹和剪应变大小密切相关。     

基于数字图像处理技术的砂土颗粒级配分析研究

砂土颗粒级配是影响砂土工程性质的重要参数之一，传统的颗分试验方法由于试验原理不同而具有不同的适用范 围。为更加方便、准确地获取砂土颗粒级配，提出了一种基于数字图像处理技术来获取SEM照片中的砂颗粒粒径参数及级 配特征的新方法。将准备好的砂土样品打磨成薄片放在扫描电镜下拍照，然后利用Photoshop软件对照片进行拼接，并采用 自主研发的SMAS数字图像分析系统对拼接好的照片进行定量分析处理，获取样品的微观结构参数，将获得的“土颗粒等 效直径”和“土颗粒面积”分别等效为实际土颗粒粒径和土颗粒质量，进而换算得到砂土的颗粒级配曲线；然后将通过数 字图像技术获得的砂土颗粒级配曲线与通过传统筛分法和激光粒度分析法得到的颗粒级配曲线进行对比，验证了提出的数 字图像处理方法的有效性和可靠性，同时分析了两种方法之间存在的差异及其原因，并对数字图像处理方法和传统颗分方 法各自的优缺点进行了讨论。     

模拟月壤的抗剪强度特性试验

对火山玄武岩破碎后形成的6个粒组区间的试样依规范进行直剪试验,得出不同相对密度下的内聚力和内摩擦角试验数据;根据抗剪强度参数的统计结果,按Chauvenet法剔除粗差数据,并评价变异性,以提高数据的准确性和可靠度。对试样在不同的相对密度下和不同粒组区间的力学规律进行对比、研究分析后得出:模拟月壤的内聚力为0.33~5.5kPa,内摩擦角为29.1°~35.65°;抗剪强度参数与颗粒粒径、密度具有较好的线性关系;颗粒粒径决定了密度的变化范围,这导致了抗剪强度参数在密度的一定的范围内随之变化,而总的变化趋势却是由粒径来控制的。根据以上结论,按一定颗粒级配研制模拟月壤混合样,其内聚力为0.16~1.59kPa,内摩擦角为34.8°~45.5°,符合真实月壤的实际情况。可为后续的模拟月壤研制和性能评估提供参考。     

广东海丰地区下侏罗统长埔组浅海沉积与前陆构造背景

广东省海丰地区是下侏罗统长埔组良好的出露区。长埔组为一套浅海碎屑岩沉积,主要为陆棚泥质沉积背景下的临滨砂坝和浊流沉积。粒度分析显示临滨砂坝沉积的概率累积曲线为两段式,频率直方图为单峰。浊流沉积的概率累积曲线为三段式,频率直方图为双峰。岩相序列为海进-海退过程的岩相组合,砂岩层向上变厚。海进-海退的序列显示出长埔时期海丰地区总体上经历了两次海平面变化。浅海泥质沉积和浊流沉积构成一套复理石序列。马尔科夫链分析显示长埔组具有明显的向上变粗序列。地球化学数据显示长埔组沉积物兼具被动大陆边缘性质和活动大陆边缘性质。砂岩样品成分的Dickinson图解显示,沉积物来源于再旋回造山带,与岩浆弧造山带和俯冲带杂岩体有关,海丰地区靠近逆冲造山带。因此早侏罗世盆地处于挤压下的弧后前陆构造背景,沉积物受再旋回造山带和陆块双物源控制。     

粒度分布数据的计算机光滑插值绘线方法

以一种单调光滑的分段插值函数为基础，在计算机上实现了光滑的粒度分布累积频率曲线和频率分布曲线的绘制。这一方法为编制软件在计算机上实现粒度分析数据高效高质量的系统处理提供了基础，为粒度分布特征的普遍表述向更精确、更全面的方向深化提供了途径。     

Computer program for presentation of grain-size data by the graphic method

A computer program is described for a Hewlett-Packard desk-top Calculator (Model 9820A)-Plotter (Model 9862A) which plots a histogram, frequency polygon and/or cumulative curve, as well as standard statistical parameters and percentages of gravel, sand, silt, and clay from raw weight data from a sediment grain-size analysis. The program utilizes the graphic method for calculating statistical parameters in contrast to other commonly used computer programs derived for the method of moments. This program is advantageous because (1) it is rapid, (2) it allows direct comparison with grain-size data in the literature which have been computed by the graphic method, (3) either a complete presentation of a distribution can be obtained on one sheet of paper or a series of cumulative curves or frequency polygons can be prepared on a single graph which is ready for publication photocopying, (4) automatic extrapolation of data points from a cumulative curve eliminates inconsistencies arising from manual extrapolation, and (5) the desk-top calculator is more convenient to use, eliminates punching of data cards, and can be operated by someone without a knowledge of computers and programming. Disadvantages of the program are: (1) some authors feel critical percentiles are more accurately read off cumulative curves plotted on a probability ordinate than on an arithmetic ordinate, (2) the cumulative curve is a series of straight-line segments, (3) the frequency polygon is not as accurate a representation of grain-size distribution as a frequency curve and (4) size class intervals for the histogram and frequency polygon are standardized at 0.5φ, even though gravel and mud fractions are analysed at whole φ intervals. For most studies, the advantages of the program outweigh the disadvantages.     

三峡建库前后下荆江有效流量研究

有效流量是天然河流某一时段内悬移质输沙量最大所对应的流量,可反映中、短期造床作用。根据监利水文站1991—2016年逐月流量、输沙量及悬移质级配,分析三峡建库前后流量频率及不同粒径组悬移质泥沙输移特性;运用理论分析法与分组频率法计算下荆江分组悬移质输沙量对应有效流量的大小、重现期、历时。研究成果表明:受来水来沙、水流挟沙能力以及床沙补给等因素影响,有效流量随泥沙粒径增大而减小。建库后,因河床冲刷各粒径组间有效流量偏差增大,0. 062 mm0. 125 mm粒径组泥沙有效流量重现期减小;细颗粒泥沙含沙量严重不饱和河道输送粗颗粒泥沙的能力相对较大,悬移质级配粗化;累积50%的泥沙输移需43%～82%的累积流量以及62%～90%的累积历时,且累积流量和累积历时随着泥沙粒径的增大而减小和缩短。研究三峡建库前后有效流量变化对分析冲刷条件下下荆江河段河床演变具有重要意义。     

广从断裂带金沙洲段最新活动性研究

广从断裂带在金沙洲段以3条近平行的北东向分支断裂展布,钻孔岩芯及显微构造分析表明,研究区基岩受断裂活动影响无疑,且断裂活动时代较新。以金沙洲基岩之上普遍存在的土黄色-褐黄色粉砂质黏土(或黏土)标志层为样品进行粒度分析,所得粒度参数及概率累积曲线表明,该层沉积物可与珠江三角洲其他区域进行对比,为晚更新世晚期(10~20 ka B.P.)沉积,该地层之上灰黑色-黑色淤泥质层(或细砂层)出现了明显的全新世高海面沉积异常,淤泥层中腐木的~(14)C年龄为6~7 ka B.P.,确认广从断裂金沙洲段的最新活动年龄为6~7 ka B.P.。     

Prediction of daily suspended sediment load using wavelet and neurofuzzy combined model

This study investigated the prediction of suspended sediment load in a gauging station in the USA by neuro-fuzzy, conjunction of wavelet analysis and neuro-fuzzy as well as conventional sediment rating curve models. In the proposed wavelet analysis and neuro-fuzzy model, observed time series of river discharge and suspended sediment load were decomposed at different scales by wavelet analysis. Then, total effective time series of discharge and suspended sediment load were imposed as inputs to the neuro-fuzzy model for prediction of suspended sediment load in one day ahead. Results showed that the wavelet analysis and neuro-fuzzy model performance was better in prediction rather than the neuro-fuzzy and sediment rating curve models. The wavelet analysis and neuro-fuzzy model produced reasonable predictions for the extreme values. Furthermore, the cumulative suspended sediment load estimated by this technique was closer to the actual data than the others one. Also, the model could be employed to simulate hysteresis phenomenon, while sediment rating curve method is incapable in this event.     

频率分布曲线和概率累积曲线在沉积物粒度数据分析中应用的对比

本文以乌兰布和沙漠钻孔岩芯沉积物为例,测量了其中沙丘砂和沙丘底部湖相沉积物的粒度。通过对比和分析同一样品在粒度概率累积曲线和频率曲线上所反映的信息,发现概率累积曲线能更直观、准确、定量地显示沉积物粒度组成及各特征组分的分选性,包含有比频率曲线更丰富的沉积环境信息。     

An appraisal of the computation of statistical parameters in grain size analysis

A computer program has been written to overcome the limitations of two published programs that compute statistical parameters in grain size analysis. This program uses all available data, obtained from standard sedimentological analyses, regardless of phi interval, and computes statistical parameters by direct integration of a linear approximation to the cumulative curve. This has the advantage that the distribution curve is known and hence the limitations of the parameters obtained can be assessed. Furthermore, it is argued, with examples, that this approximation introduces no greater degree of inaccuracy than is already present in standard sampling and analytical procedures.