华南地区花岗岩残积土粗颗粒定量化的形态表征

• 作者: 刘锋涛 张澄博 徐长文 高燕
• 来源期刊: 中山大学学报（自然科学版）
• 学科: 地球科学
• 关键词: 花岗岩残积土 粗颗粒 FFT Fourier描述子 形态特征
• 年，卷（期）: 2019,（6）
• 页码范围: 45-55
• 页数: 11页
• 分类号: P642.1
• 字数: 7775字
• 语种: 中文
• DOI: 10.13471/j.cnki.acta.snus.2019.06.006

摘要

花岗岩残积土中粗粒的几何形态特征对其工程力学性质有显著的影响,逐一精准定量表征土体中土颗粒的真实复杂形状一直是困扰此类土体本构模型及数值模型相关研究的主要难题之一.基于统计力学的方法从土颗粒看似杂乱无章无规律的几何特征中寻找统计规律,首先通过显微光学成像、 数字图像处理等方法获取4个粒组大量粗粒的最大投影轮廓,其次运用快速傅里叶变换(FFT)方法求得粗粒几何形态的归一化Fourier描述子Dn,随后根据幅度Cn和相位角 φn可精确重构颗粒轮廓,并且通过改变相位 φn还可实现具有相似形态特征颗粒轮廓的随机生成.在此基础之上分析粗粒几何形态的统计力学规律,定量表征华南地区花岗岩残积土中四个粒径区间粗粒的平均伸长率、 棱角度、 表面纹理等几何形态特征,最后分析讨论了花岗岩残积土中粗粒的Fourier描述子与粒径之间的关系,及其与冲积河砂、 滨海石英砂中粗粒几何形态参数的差别.根据对比结果发现:首先,无论是残积土还是冲积土,0.5～1.0 mm粗粒的D2最大,5～10 mm粗粒的D2-D8最小,说明粗粒粒径越大,颗粒的规则程度越高.其次,与冲积河砂、 海砂中的粗粒相比,花岗岩残积土中各粒径区间粗粒反映表面粗糙程度等细微观特征的Dn(n>8)值基本相近,与其未经历过长期的搬运作用有关.冲积河砂中粒径较大粗粒多为岩石碎屑,矿物组成以角闪石、 绿帘石为主,Dn(n>8)值较低,说明其在搬运过程中被磨圆,降低了表面粗糙程度,而0.5～1.0 mm粒组的Dn(n>8)值与花岗岩残积土各粒组的基本相同,表面粗糙程度都较高,这与二者粗粒中石英含量较高有关,说明石英颗粒在搬运过程中会发生断裂破坏从大颗粒破碎为小颗粒,但其表面不会被磨圆,而且土颗粒的几何形态特征受到了颗粒矿物组成的影响.最后还发现花岗岩残积土、 冲积河砂及海砂中粗颗粒轮廓的Dn与频率序列在双对数坐标log2 Dn-log2 n中均呈线性关系,并统计了不同种类土的模型参数从而实现对不同类型土中粗粒轮廓几何形态的定量化表征,为之后粗颗粒离散元建模奠定了基础.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	张澄博	中山大学地球科学与工程学院	42	521	14.0	22.0
2	高燕	中山大学地球科学与工程学院	28	290	11.0	16.0
3	刘锋涛	中山大学地球科学与工程学院	4	34	2.0	4.0
5	徐长文	中山大学地球科学与工程学院	1	1	1.0	1.0