已有研究表明土的宏觀力學(xué)行為在很大程度上取決于微觀顆粒特征，如尺寸、形狀和粗糙度，這些是導(dǎo)致其具有特殊工程力學(xué)的關(guān)鍵因素。我國(guó)南海的珊瑚鈣質(zhì)砂顆粒具有不規(guī)則形狀、表面粗糙且多棱角以及易破碎使其與常規(guī)陸源砂相比具有更為復(fù)雜的工程力學(xué)特性，珊瑚鈣質(zhì)砂在加載受力過(guò)程中的顆粒破碎以及形貌變化特征對(duì)于深化鈣質(zhì)砂土變形破壞影響機(jī)理的認(rèn)識(shí)具有重要意義。

　　武漢巖土所海洋工程地質(zhì)學(xué)科方向組科研人員與英國(guó)布魯爾大學(xué)趙濤博士利用動(dòng)態(tài)圖像方法對(duì)鈣質(zhì)砂一維壓縮試驗(yàn)前后顆粒破碎與形貌進(jìn)行了定量化表征與分析。本研究采用了大尺寸的固結(jié)壓力盒（內(nèi)徑231.6毫米，高度155毫米）對(duì)不同形貌鈣質(zhì)砂顆粒（10-20毫米）開(kāi)展了一維壓縮試驗(yàn)，并分析試驗(yàn)前后的顆粒形貌變化。研究結(jié)果表明，粗顆粒在壓縮過(guò)程中發(fā)生了連續(xù)破碎和逐漸細(xì)化，這使得不同顆粒形狀混合物的壓縮系數(shù)幾乎相同。在動(dòng)態(tài)圖像分析中，通過(guò)分析顆?？傊荛L(zhǎng)在實(shí)驗(yàn)前后的變化，可以有效地反映與定量化顆粒破碎。顆?；旌衔镏兄铑w粒的增多會(huì)顯著增加顆粒破碎量，原因是枝狀珊瑚顆粒在壓縮過(guò)程中更容易受到局部應(yīng)力集中的破壞。粗顆粒的破碎會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)顆粒，其顆粒數(shù)量分布特征呈指數(shù)函數(shù)，這些細(xì)顆粒的形貌比粗顆粒更細(xì)長(zhǎng)與平滑。壓縮試驗(yàn)后的顆粒都趨于光滑和規(guī)則球形，特別是球形顆粒比棱角形顆粒表面變得更為光滑。最后，該研究建立了顆粒形貌變化與巖土工程實(shí)踐的相關(guān)性。

                                     圖1.態(tài)圖像分析系統(tǒng)示意圖                                    圖2.典型顆粒形貌的動(dòng)態(tài)圖像序列。圖中 

                                                                                                                       每一行都是連續(xù)的特定顆粒的圖像    

                                  圖3.顆粒圖像數(shù)字化及各形貌參數(shù)定義                     圖4.壓縮試驗(yàn)前后各試樣顆粒等效粒徑的分布對(duì)比

                               圖5.壓縮試驗(yàn)前后顆粒形狀參數(shù)的分布對(duì)比                   圖6.壓縮試驗(yàn)前后鈣質(zhì)砂顆粒球度與凸度關(guān)系圖

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在美國(guó)土木工程學(xué)會(huì)主辦的International of Journal of Geomechanics上，第一作者為魏厚振副研究員，通訊作者為趙濤博士。該工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)（A）、國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

　　論文題目：Quantifying the morphology of calcareous sands by dynamic image analysis

　　原文鏈接：https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29GM.1943-5622.0001640