四参数随机生成法重构土壤微观孔隙结构的定量化研究

发布时间：2022-02-16 14:33

　　随着土壤微观结构研究的深入,越来越多的学者致力于土壤数值结构的模拟,相比于土壤样本的试验,数值模型可以克服样本小、误差大和效率低等缺点,现已提出了许多土壤结构的相关模型,其中四参数随机生成法（QSGS）因为生成的结构与土壤的真实结构形态相似而被广泛应用于有关土壤物理化学性质、传热性能或渗流性质的模拟。但这一模型能否真实反映实际土体的孔隙结构特征,目前尚缺乏实验证据及定量对比分析。为了评估QSGS模型用于模拟和表征土体微观孔隙结构的潜能,利用扫描电镜（SEM）对6种不同孔隙率的土样制备SEM图像,以与QSGS模型进行定量对比分析。采用数字图像技术分析QSGS模型与土体中孔隙的形态特征和分布规律,基于实测数据估算孔隙的质量分维数和表面分维数。结果表明:（1）土壤结构中的孔隙分布具有明显的规律性,小孔隙所占数量较多,随着孔隙度的减小,孔径范围被压缩,质量分位数逐渐增大。（2）QSGS算法生成的微观结构由孔隙度、生长核的分布概率和方向生长概率等参数控制,其中孔隙度对孔隙结构的影响更为显著。生长核的分布概率小于0.01时所生成的QSGS模型与实际土体具有相似的微观孔隙形态和分布规律,以及相同的分... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同固结压力下土壤SEM图片

固结前灰度值直方图

σv=200 kPa σv=400 kPa σv=800 kPa图 2-4 不同固结压力下软黏土的 SEM 图像二值化结果2.3 SEM 图像的定量分析2.3.1 孔隙度微观结构单元的研究对象可以是单个的颗粒、孔隙、团聚体。研究的特征包括单元体的大小、形状、表面特征，单元体之间的排列和连接关系等，可以用要素的总面积、总周长、平均面积、平均周长和平均形状系数来表征。本文利用图像处理软件 IPP 定量了分析土壤的微观结构。对 SEM 二值图像中二维空间分布的土体孔隙，孔隙度 P 定义为图片里孔隙的面积与整幅图像的面积之比值。表 2-1 列出不同固结压力下 SEM 二值图像的孔隙度 P 的量测结果，可见孔隙度 P 随荷载等级增加而减小。

【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔介质中迂曲度和渗透率的关系[J]. 吴金随,胡德志,郭均中,常浩宇.  华北科技学院学报. 2016(04)
[2]基于格子Boltzmann方法的饱和土壤渗流与传热数值模拟[J]. 李素芬,薛福.  热科学与技术. 2015(06)
[3]基于土体细观结构重构技术的渗流场数值模拟[J]. 申林方,王志良,李邵军.  岩土力学. 2015(11)
[4]随机均匀长颗粒链结构土体强度模型研究[J]. 卫振海,王梦恕,张顶立.  工程力学. 2015(05)
[5]煤岩CT图像二值化阀值选取及三维重构技术研究[J]. 张青成,王万富,左建民,毛灵涛,刘殿书.  CT理论与应用研究. 2014(01)
[6]利用扫描电镜、压汞法、氮气吸附法评价近海黏土孔隙特征[J]. 张先伟,孔令伟.  岩土力学. 2013(S2)
[7]陕西蒲城黄土微观结构特征及定量分析[J]. 方祥位,申春妮,李春海,汪龙,陈正汉.  岩石力学与工程学报. 2013(09)
[8]煤微观结构三维表征及其孔-渗时空演化模式数值分析[J]. 金毅,宋慧波,潘结南,郑军领,祝一搏.  岩石力学与工程学报. 2013(S1)
[9]基于CT图像的土壤孔隙结构三维重建及水力学性质预测[J]. 程亚南,刘建立,吕菲,张佳宝.  农业工程学报. 2012(22)
[10]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[J]. 王慧妮,倪万魁.  岩土力学. 2012(01)



本文编号：3628138