已有研究表明土的宏观力学行为在很大程度上取决于微观颗粒特征，如尺寸、形状和粗糙度，这些是导致其具有特殊工程力学的关键因素。我国南海的珊瑚钙质砂颗粒具有不规则形状、表面粗糙且多棱角以及易破碎使其与常规陆源砂相比具有更为复杂的工程力学特性，珊瑚钙质砂在加载受力过程中的颗粒破碎以及形貌变化特征对于深化钙质砂土变形破坏影响机理的认识具有重要意义。
武汉岩土所海洋工程地质学科方向组科研人员与英国布鲁尔大学赵涛博士利用动态图像方法对钙质砂一维压缩试验前后颗粒破碎与形貌进行了定量化表征与分析。本研究采用了大尺寸的固结压力盒（内径231.6毫米，高度155毫米）对不同形貌钙质砂颗粒（10-20毫米）开展了一维压缩试验，并分析试验前后的颗粒形貌变化。研究结果表明，粗颗粒在压缩过程中发生了连续破碎和逐渐细化，这使得不同颗粒形状混合物的压缩系数几乎相同。在动态图像分析中，通过分析颗粒总周长在实验前后的变化，可以有效地反映与定量化颗粒破碎。颗粒混合物中枝状颗粒的增多会显著增加颗粒破碎量，原因是枝状珊瑚颗粒在压缩过程中更容易受到局部应力集中的破坏。粗颗粒的破碎会产生大量的细颗粒，其颗粒数量分布特征呈指数函数，这些细颗粒的形貌比粗颗粒更细长与平滑。压缩试验后的颗粒都趋于光滑和规则球形，特别是球形颗粒比棱角形颗粒表面变得更为光滑。最后，该研究建立了颗粒形貌变化与岩土工程实践的相关性。
图1.态图像分析系统示意图 图2.典型颗粒形貌的动态图像序列。图中
每一行都是连续的特定颗粒的图像
图3.颗粒图像数字化及各形貌参数定义 图4.压缩试验前后各试样颗粒等效粒径的分布对比
图5.压缩试验前后颗粒形状参数的分布对比 图6.压缩试验前后钙质砂颗粒球度与凸度关系图
相关研究成果发表在美国土木工程学会主办的International of Journal of Geomechanics上，第一作者为魏厚振副研究员，通讯作者为赵涛博士。该工作得到了中国科学院战略性先导专项（A）、国家自然科学基金的支持。
论文题目：Quantifying the morphology of calcareous sands by dynamic image analysis
原文链接：https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29GM.1943-5622.0001640
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