基于SEM试验的粘性土孔隙分形特性研究.pdfVIP

第3期 刘雪梅等．基于SEM试验的粘 I~-iqL隙分形特性研究 143 文章编号：1672—8262(2008)03—143—03 中图分类号：TU443 文献标识码：A 基于SEM试验的粘性土孔隙分形特性研究 刘雪梅 ，吴长富 ，尹小涛 (1．杭州勘测设计研究院，浙江杭州 310012；2．浙江理工大学建筑工程学院，浙江杭州 310018； 3．中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉 430071) 摘 要：土壤的孔隙一般具有分形特性。根据粘性土的SEM试验，利用计算机图像处理技术和分形理论(Sandbox 法)，研究了粘性_：LqL隙结构及其分形特性。根据设计的不同图像二值化分割阈值方案和不同放大系数分析方案，分 析发现_：LqL隙分维数不受图像灰度分割闽值和 SEM实验放大系数的影响，分维数在2．0附近。 关键词：粘性土；孔隙；SEM实验；图像处理；分维数 1 引 言 扩展特性研究 。限于篇幅在此仅介绍文中用到 经过漫长的地质历史演化，岩石经风化、搬运等自 的Sandbox法分维数定义 ： 然作用过程逐渐壤化成土，并形成土体特有的骨架孔 Sandbox法是用一系列不断增大的方框或圆覆盖 隙结构。土体的物理力学性质的差异，除矿物成分因 到分形图形，计数不同测量范围内的目标像素数。本 素外，多数是由其孔隙结构的变化决定的，例如土的渗 文采用长度为50、100、150、200、300和400像素的方 透性能(孔隙的大小及连通性)和承载力(密实度和颗 框进行计数，方框的形心选在图像的中心点(265， 粒骨料性质)就受其控制¨ 。同时，很多工程处理 265)。该方法的最大尺寸受图像最大尺寸的限制，考 察的是 与』7v的标度不变性，具体如下： 和改性措施的提出也需要从土体的这些细微特征人手 N( )oC 。 进行研究和后期效果对比检验。因此，对土体的孔隙 其中， 表示测量单位尺寸；N表示不同方框的像素 结构特征进行研究对于弄清楚土体物理力学性质的演 数；D表示分维数。 化机理和相应改性措施的提出具有重要意义。 随着计算机技术和各种物理、化学测试手段的日 3 SEM实验 新月异，当前常用于土体微观、细观结构研究的方法主 3．1 试验用粘性土 要有：电镜扫描(SEM)、光弹法、激光散斑、全息计量、 原状样密度差异较大，实验以人工重塑样进行实 核磁共振、压汞试验、CT和数码测量等提供图像结果 验。试验选用粘土矿物为高岭土、蒙脱石和伊利石。 的实验方法’ m 。如何对细观实验结果进行合理解 高岭土和蒙脱石从江苏省地质矿产测试研究所购买， 读，并尽可能多的发掘孔隙结构的微细观信息问题，就 伊利石和绿泥石由兰州大学地质系提供。在确认粘土 应运而生。微细结构信息被提取出来之后，如何合理、 矿物后，对其进行粉碎，粒度小于0．25 mm，分别取适 正确地判读，实现从微细观到宏观的自然过渡就成了