为了掌握南海钙质砂压缩变形特征及其微观机制,对3种不同粒组(S1:1.43~2 mm、S2:0.5~1 mm、S3:0.5~2 mm)的钙质砂进行100~3200 k Pa压力范围的压缩试验,利用自制的砂土微观结构提取装置和图像处理软件(PCAS)获得并分析了钙质砂压缩过程中微观结构。结果表明:(1)钙质砂的大小、形状和级配对颗粒的破碎具有显著影响,当压力较低时(<800 k Pa),粒径较大的S1组以砂颗粒棱角破碎为主;粒径较小的S2组没有明显破裂,相对规则的颗粒形态使S2粒组在该压力范围内主要因颗粒的滚动与重分布导致压缩;级配良好的S3组除部分低宽度断肢状颗粒外其余大小、形态颗粒无明显破裂。(2)当压力较大时(>800 k Pa),S1组钙质砂逐渐转向以颗粒的整体破坏为主的破碎形式;S2、S3两组试样随着密实度的提高,砂颗粒的破坏以整体破碎为主。基于对破碎过程中试样微观结构变化的提取与分析,总结并提出了控制钙质砂颗粒破碎的4种接触模式:点-线接触、线-面接触、面-面接触和复合接触,可用于判断不同条件下的颗粒破碎形式。最后,讨论了钙质砂在破碎过程中颗粒几何参数的变化。
土体水分迁移过程及其规律是岩土工程、地质工程等领域的重点研究内容之一,准确掌握土体含水率时空演化是开展上述研究的重要前提。基于分布式光纤温度感测技术(fiber optic distributed temperature sensing,FO-DTS),开展了原位测试,记录了浅地表(0~0.5m)不同深度土体自然温度信息,基于半通滤波算法提取振幅、相位信息,结合一维瞬态热传递方程解析解提出了土体含水率估算的新方法。研究结果表明:①基于FO-DTS的高时空分辨率温度信息能够有效估算浅表土体不同深度的含水率;②该方法能够反映复杂天气变化条件下(阴、晴、雨、寒潮等)浅表土体含水率的复杂响应;③降水事件对浅表土体含水率的影响程度随着深度衰减,土体含水率的变化具有一定的滞后性。利用分布式光纤温度感测技术实现基于自然温度信息的含水率估算新方法具有高空间分辨率、易拓展、低能耗的特点,可实现0~10km内多尺度浅地表含水率快速估算,对浅地表-大气相互作用、地质和岩土工程防灾减灾具有重要意义。
