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煤矸石改良膨胀土特性及其最佳掺量条件下的孔隙结构表征 总被引：2，自引：2，他引：0
为减小膨胀土对土木工程设施及农业生态环境的危害,进行掺加煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。该文以内蒙古兴和县高庙子乡的膨胀土和煤矸石为研究对象,通过无荷膨胀试验、有荷膨胀试验和收缩试验确定煤矸石粉的最佳掺量,对最佳煤矸石粉掺量的膨胀土进行干湿循环试验,利用直剪试验测定每次干湿循环后试件的抗剪强度指标;通过压汞试验测得孔隙特征值,从微观角度揭示强度变化机理。试验结果表明:煤矸石粉掺量为6%时抑制膨胀土的胀缩性效果最佳;干湿循环作用使素膨胀土黏聚力和内摩擦角均有所衰减,掺入煤矸石粉后强度衰减得到控制;随干湿循环次数的增加孔径逐渐向大孔范围聚集,团粒结构增多,使素膨胀土的抗剪强度指标降低;经过5次干湿循环,掺加煤矸石粉土样的大孔孔隙密度比素膨胀土降低约35%,煤矸石有效阻止膨胀土的强度劣化。 相似文献
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水泥固化砒砂岩强度与孔隙结构演变的灰熵关联分析 总被引：2，自引：2，他引：0
为了研究水泥固化砒砂岩孔隙结构生长发育的演变规律以及其对抗压强度的影响，通过孔隙特征参数和孔隙半径预测抗压强度，对不同养护龄期下不同掺量的水泥固化砒砂岩宏观力学性能和微观结构进行测试和分析，采用灰关联熵探讨了水泥固化砒砂岩的孔隙特征参数和孔隙半径对强度的关联程度，并建立孔隙结构与抗压强度的灰色预测模型。结果表明，水泥固化砒砂岩的横向弛豫时间T2谱均呈现"双峰"结构，其孔隙度与束缚流体指数整体上呈负相关，0～0.1 μm范围内的孔隙尺寸占比随水泥掺量的增加先增大后减小，最可几孔径随龄期的增加向小孔径方向移动；水化胶凝产物钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）通过膨胀填充和胶结作用改善了试样内部的孔隙结构，致使强度提高；束缚流体指数和0～0.1 μm孔隙半径占比对抗压强度的影响最显著，灰色预测模型GM（1，3）预测精度高，预测值和试验值的平均相对误差为6.97%。该研究可为松散砒砂岩的改良与固化在实际工程中应用提供参考依据。 相似文献
3.
塔里木河干流上中游河床沉积物粒度分形特征初探 总被引：2，自引：0，他引：2
利用体积分形维数模型对塔里木河干流上中游河床沉积物的粒度分形特征进行分析,并探讨了沉积物分形维数与粒度组成、粒度参数的相关关系,结果表明:(1)塔里木河干流上中游河床沉积物粒度粒径介于0~9 mm,黏粒、粉粒与砂粒含量的均值分别为11.46%、53.29%和35.25%,采集样品中有2/3为细粒土,其余为细粒土质砂,沉积物质地相对较细。(2)沉积物体积分形维数介于1.921~2.403,均值为2.114,河床沉积物粒度组成相对简单。(3)沉积物分形维数与黏粒及粉粒含量呈显著的正相关关系,相关系数分别为0.594、0.372,与砂粒含量呈显著的负相关关系,相关系数为-0.538,分形维数越大,沉积物质地越细。(4)分形维数与平均粒径呈显著的负相关关系,相关系数为-0.529,与标准差、偏度和峰度呈现显著的负相关关系,相关系数分别为0.272、0.714和0.483,分形维数可反应沉积物粒度参数的综合特征。 相似文献
4.
半湿润区长期施肥对土壤结构体分形特征的影响 总被引：7，自引：0，他引：7
利用黄土高原南部半湿润地区长达25年田间肥料定位试验020.cm土层土样,研究了长期不同施肥模式与土壤结构体大小、结构体分形特征与土壤肥力的相互关系。结果表明,长期不同施肥模式下土垫旱耕人为土结构体分形特征存在一定差异:7种施肥处理土壤结构体分形维数分布在2.4388～2.6363之间,其中以化肥+厩肥处理土壤结构体分形维数最大,不施肥土壤结构体分形维数最低,说明化肥与有机肥长期配施对土壤团聚体结构分布影响较大。相关分析发现,土壤结构体分形维数与5～2mm团聚体间具有极显著的正相关关系(r=0.994,P0.01);与土壤有机碳、全氮、硝态氮、有效磷含量均具显著正相关关系,与土壤碳氮比(C/N)呈显著负相关关系。在长期不同施肥模式下,分形维数对土壤性质变化的边际量亦有明显差异:土壤结构体分形维数每增加一个单位值,土壤有机碳、全氮、C/N、硝态氮和有效磷的变化依次为31.628%、2.404%、-6.014%、90.370%和172.760%。由边际分析可知,长期施肥条件下土壤结构体分形维数的变化对土壤有效磷、硝态氮的影响最大。 相似文献
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白浆土型人参栽培床土的分形维数特征 总被引：2，自引：0，他引：2
运用土壤颗粒表面分形维数计算方法，研究了吉林省白浆土型人参栽培床土的分形维数的特点。结果表明白浆土型人参床土颗粒表面的分形维数介于2.890～2.963之间，并随黏度增加有增大的趋势。同时统计分析表明，土粒表面分形维数与土壤的容重、孔隙度及难效水(水吸力>60 kPa)均具有显著相关性(相关系数分别为0.747*，0.796*和0.798*)；与土壤中>0.25 mm团聚体的百分含量呈极显著的相关(相关系数为0.826**)。分形维数可以作为衡量白浆土型人参床土的物理肥力指标之一。 相似文献
6.
滤层孔隙结构直接影响过滤过程中的颗粒沉积和运移效果。为了掌握砂石过滤器不同粒形滤料组成滤层的内部孔隙结构特征，该研究以粒径为1～1.18 mm的普通石英砂（QS1）、天然海砂（SS2）、改性玻璃（MG3）和玻璃微珠（GB4）4 种滤料为研究对象，采用CT 扫描技术对滤层孔隙模型进行了三维重构，利用VGStudio MAX、Image J等计算机图像处理软件，分析了 4 种滤层的孔隙率、孔径大小及孔隙形状参数，并结合分形理论确定了 4 种滤层孔隙结构的计盒分形维数。结果表明：4种滤层的表观孔隙率范围分别为0.397～0.446（QS1）、0.385～0.423（SS2）、0.407～0.456（MG3）、0.351～0.380（GB4），对应体积孔隙率分别为0.422、0.412、0.441、0.366；对应孔径范围分别为75～960、80～760、70～1 050、85～930 μm，圆度值区间分别为1.59～1.78、1.35～1.54、1.65～2.03、1.20～1.36，扁平度值区间分别为2.62～2.75、2.05～2.20、3.04～3.21、1.94～2.04，计盒维数均值分别为1.621、1.566、1.661、1.446。该研究定量表征了滤层孔隙结构特性，得出不同粒形滤料细观孔隙结构的差异：滤层表观孔隙率呈现"上高下低"分布规律，孔径分布规律表明滤层内均是小孔隙占多数，大孔隙占少数，且孔隙以狭长型为主。随着滤料棱角度增加，表观孔隙率分布越分散，体积孔隙率越大，大孔隙占比也相应增加，最大达到17.24%（MG3），孔隙形状更加偏离球形，表征孔隙结构复杂性的计盒维数相应增加，且分形维数与孔隙率呈负相关关系。滤层孔隙结构研究可为后续研究滤层内颗粒沉积和运移规律奠定基础。 相似文献
7.
基于图像分析的杂草分形维数计算 总被引：10，自引：2，他引：10
介绍了分形维数的理论计算公式和试验公式，分析了计盒维数的计算方法，运用Matlab软件设计了图像的处理和基于图像的计盒维数的计算程序。随机地选择了4种双子叶杂草和两种单子叶杂草共6种杂草作为研究对象，运用自行设计的程序分别计算了杂草叶的RGB三色图像的分形维数并以其平均值作为杂草叶的分形维数。研究结果表明该文给出的分形维数的计算方法可靠；研究结果也验证了杂草叶具有分形特征；研究结果还说明不同种类的杂草 ，其叶的分形维数明显不同，可以用分形维数为特征参数识别杂草。 相似文献
8.
为深入研究膨胀土在干湿循环作用下的裂隙发展规律,该研究以宿连航道工程中富含的中等膨胀土为研究对象,按照不同温度、干燥方式、干湿范围进行干湿循环试验,基于图像处理技术并结合SEM扫描电镜微观形貌,定量分析了膨胀土裂隙发展的温度与干湿效应。结果表明:裂隙发展受温度影响显著,从自然风干条件到烘箱干燥50℃,随着温度增加,裂隙指标逐渐增长;高温条件下裂隙的发育模式为先增长后拓宽,裂隙长度更早趋于稳定,而裂隙平均宽度仍会继续增长,并在含水率低于15%后出现0.08～0.17 mm的下降趋势;干湿循环是土体内部结构逐渐劣化,微观损伤不断累积的过程。虽然干湿前期试样的裂隙平均宽度受体缩效应影响,随干湿范围扩大出现部分下降趋势,而裂隙长度彼此接近,但随着干湿次数增加,裂隙指标极大值对应的干湿范围将逐渐由22%～33%向9%～33%转移;各温度、干湿范围作用下,试样裂隙指标的增加主要集中在前5次干湿循环,裂隙率、裂隙长度与平均宽度相较于未经过干湿循环的土体,分别增加了2.63%～11.56%,210.32～445.34 mm,0.39～0.83 mm;单位宽度分形维数相较于整体分形维数简化了干湿范围对于... 相似文献
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丹江鹦鹉沟小流域不同土地利用类型的粒径特征及土壤颗粒分形维数 总被引：5，自引：2，他引：3
选取丹江鹦鹉沟流域78个不同土壤剖面,应用分形理论研究不同土地利用类型的土壤颗粒分形特征和空间变异性以及与土壤养分的相关关系.结果表明:(1)研究区的土壤粒径分布中,粉粒含量占主导地位,粉粒含量百分比在45.41％～66.19％之间,粘粒含量和极粗砂粒含量相对较低.(2)小流域土壤颗粒的分形维数不能用半方差模型和Kriging插值来模拟.表层土壤颗粒分形维数受土壤侵蚀影响较大.(3)陡坡以下,土层较厚且质量较好的地块往往被用作农地,致使相同坡度下,土壤颗粒分形维数表现为农地＞林草地.(4)分形维数与不同粒级含量的相关性具有明显差异,其中,分形维数与粉粘粒含量呈显著线性正相关,与细砂粒、中粗砂粒和极粗砂粒含量呈线性负相关.(5)农地和草地0-10 cm土壤颗粒的分形维数随坡度的增加呈降低趋势,但坡度对林地的分形维数影响很小.(6)分形维数在4个土层均与土壤含水量呈显著正相关,在0-10 cm与有机质含量呈显著负相关. 相似文献
10.
《南方农业》2016,(22)
应用JL-1177激光粒度分布测试仪,获取元谋干热河谷区内三种不同土地利用方式下45个土壤样品的粒径分布(PSD),利用分形几何学方法分析土壤粒径分布分形特征。结果表明:1)元谋干热河谷区土壤分形维数D分布在1.8854~2.7709,平均值为2.2895,D值与土壤粉粒含量线性相关较显著,其大小顺序为粉壤土粉土,林地土壤草地土壤裸地土壤。2)土壤分形维数D与土壤黏粒、砂粒含量呈正相关,与粉粒含量呈负相关。3)偏相关分析表明,0.5~0.25 mm与0.05~0.02 mm粒径含量越高,土壤分形维数D越低,0.25~0.05 mm与0.02~0.002 mm粒径含量越高,土壤分形维数D越高。 相似文献
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《Geoderma》2001,99(3-4):261-276
A one-cycle field wetting and drying experiment was conducted in order to observe pore space developed in a cultivated Rendzina soil due to surface cracking and to soil aggregate formation at 3-cm depth. Image analysis of 2D representations of pore size distribution and fractal analysis of the spatial distribution of the pores indicates that pore space due to surface cracking does not develop in the same manner as does that formed in the aggregation processes. Both pore-size distribution and fractal dimension vary in different ways at the soil–air interface and at 3-cm depth as drying progresses. Surface cracking occurs as a two-step process where total crack length increases until a maximum and then the cracks widen. Fractal dimensions appear to change as pore space develops. Pores developed when aggregates form show a more continuous process of development of pore sizes with a constant fractal dimension as porosity increases. 相似文献
12.
13.
土壤颗粒的分形特征及其应用 总被引：110，自引：4，他引：110
本文应用土壤颗粒的质量分布原理来描述土壤颗粒的分形特征。通过对10种土壤颗粒的机械组成进行分析,分别计算出它们的分形维数（D=2.489～2.896）,并分析了其与土壤质地之间的关系。同时对土壤颗粒分形维数与所对应土壤的幂函数型水分特征曲线的拟合分形维数进行比较分析,建立了二者之间的相关关系。结果表明:分形维数的大小反映了土壤质地中粘粒、粉粒和砂粒含量的变化,随粘粒含量的增多分形维数增大,随砂粒含量的增多分形维数减小;同时土壤颗粒分形维数与所对应的水分特征曲线的拟合分形维数呈现出良好的一致性,因而对所研究的土壤而言,可应用土壤颗粒的质量分形维数结合幂函数模型来估算土壤水分特性曲线。 相似文献
14.
利用计算机断层扫描技术研究土壤改良措施下土壤孔隙 总被引：12，自引：5，他引：7
为探明不同土壤结构改良措施（秸秆覆盖、免耕、有机肥、保水剂）对土壤孔隙特征及分布的影响,采用计算机断层（computed tomography,CT）扫描法定量分析了土壤孔隙的数目、孔隙度及孔隙在土壤剖面上的分布特征。结果表明：不同措施均提高了土壤总孔隙数、大孔隙数及0.13～1.0 mm孔隙数,且其孔隙度也相应提高。同时孔隙成圆率也得到了改善。各处理中以有机肥和免耕处理效果较佳,其次为保水剂和秸秆覆盖,对照最低。此外,不同措施显著提高了土壤的田间持水量和＞0.25 mm 水稳性团聚体含量,降低了土壤容重,且各处理中,仍以有机肥和免耕处理效果最佳,其田间持水量分别较对照提高了15.9%和16.4%,而土壤容重较对照降低了6.8%和8.8%。相关分析表明：田间持水量、容重和＞0.25 mm水稳性团聚体含量与土壤总孔隙度和大孔隙度呈显著或极显著正相关;而土壤容重对于总孔隙度和大孔隙度及孔隙成圆率呈显著负相关。 相似文献
15.
A. R. Russell 《European Journal of Soil Science》2010,61(3):412-424
A soil with double porosity is modelled as a collection of aggregated particles, in which a single aggregate is made up of discrete particles bonded together. Separate fractal distributions for pore sizes around and within aggregates are defined. The particle size distribution of the double porosity soil is also modelled using a fractal distribution, which may have a fractal dimension very different to those defining the pore sizes. The surface areas of the particles and the pores within the aggregates are assumed to be equal, enabling an expression linking two fractal dimensions to be defined. It is necessary to introduce ratios between maximum and minimum particle and pore sizes into the expression. A theoretical soil‐water characteristic curve is then derived for a double porosity soil. The curve, and the underlying assumptions regarding the distributions of pore and particle sizes, showed good agreement with experimental data for a range of soils having double porosity. A discontinuity is observed in the soil‐water characteristic curve at a second air entry value related to the maximum pore size within the aggregates, a feature also observed in experimentally obtained soil‐water characteristic curves for double porosity soils. 相似文献
16.
用显微CT研究不同植被恢复模式的土壤团聚体微结构特征 总被引：7，自引：4，他引：3
为了更好了解不同植被恢复模式对土壤团聚体微结构的影响,该研究采用显微CT技术扫描3~5 mm土壤团聚体,获取了3.25μm分辨率的二维图像,并应用数字图像处理软件对团聚体孔隙结构进行三维重建,定量研究了黄土丘陵区不同植被恢复模式下(自然草地、人工灌木和坡耕地)土壤团聚体微结构特征。结果表明,两种植被恢复模式均显著提高了土壤有机碳含量和团聚体水稳性(P0.05),降低了土壤容重。与坡耕地处理相比,自然草地土壤团聚体总孔隙度、大孔隙度(100μm)、瘦长型孔隙度分别增加了20%、23%和24%,而分形维数和连通性指数欧拉特征值分别降低了2%和75%,且各指标二者间差异均显著(P0.05)。人工灌木土壤团聚体的上述各项孔隙参数均优于自然草地(较坡耕地分别增加了70%、88%和43%以及降低了4%和92%),且除欧拉特征值外,差异均显著(P0.05)。分形维数和连通性对土壤结构变化的响应相当敏感,可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标,研究结果可为黄土高原土壤质量评价提供科学参考。 相似文献
17.
F. Bartoli N. R. A. Bird V. Gomendy H. Vivier S. Niquet 《European Journal of Soil Science》1999,50(1):9-22
Mercury porosimetry data can be interpreted in terms of soil structure using ideas drawn from (i) network modelling and percolation theory and (ii) fractal geometry. We linked mercury intrusion to soil structure quantified by image analysis within a relevant common pore radius scale. We compared (i) three independent methods for computing fractal dimensions of the matrix and of the solid–pore interface, namely fitted square boxes method and pore chord distribution on scanning electron microscope images of soil thin sections, and mercury porosimetry, and (ii) two independent methods for characterizing pore connectivity (image analysis) and percolation process (pressure threshold from mercury porosimetry). The results from analyses of the pore size distribution by mercury porosimetry differed from those from the image analysis. Mercury intrusion is controlled by both the connectivity of the pore space network and locally by pore throats leading to larger pore bodies. By contrast, image analysis is unaffected by pore connectivity and measures pore bodies. On the other hand, the chord length method might not adequately capture the scaling properties of the solid–pore interface, whereas the mercury porosimetry data were also difficult to interpret in terms of fractal geometry because of the effects of pore connectivity. However, fractal dimension values of both the solid phase and the solid–pore interface increased as a function of clay content, whereas both percolation probability values and throat radius values at the mercury percolation threshold decreased. The results show the merit of applying both fractals and percolation theory for determining structural parameters relevant to mercury and water transport in soil. 相似文献
18.
To characterize the fabric of a wet soil sample two sets of experiments were performed. In one, water retention and shrinkage curves were determined with samples stored at the field water content, and in the other, pore size distribution curves and microscopic observations were made as samples progressively dried. The experiments were performed with soil samples of different aggregate sizes to determine the contribution of each class of pores to porosity.
Data were analysed by comparing (i) the amount of water extracted from the sample, (ii) the air-filled porosity of the sample and (iii) the accumulated pore volume by mercury injection, each in relation to the equivalent pore radius. This gives information on the geometry of pores developed during the drying process. It has shown that micrometric cracks in dried soils are not artefacts but the result of a more severe drying never reached by the material in the field. 相似文献
Data were analysed by comparing (i) the amount of water extracted from the sample, (ii) the air-filled porosity of the sample and (iii) the accumulated pore volume by mercury injection, each in relation to the equivalent pore radius. This gives information on the geometry of pores developed during the drying process. It has shown that micrometric cracks in dried soils are not artefacts but the result of a more severe drying never reached by the material in the field. 相似文献
19.
红壤丘陵区不同植被类型土壤颗粒分形与水分物理特征 总被引：7，自引：0，他引：7
为探明红壤丘陵区不同植被对土壤分形结构及水分物理特征的改良作用与机制,运用土壤分形学和水文物理学原理与方法,以南方红壤丘陵区福建省长汀县为例,研究经济林、针阔混交林、乔灌混交林及针叶林4种植被类型土壤颗粒组成、分形维数、水分物理参数及其相关性。结果表明:1)红壤丘陵区不同植被类型土壤中以粗砂粒质量含量最高,细砂粒和石砾质量含量次之,粉黏粒质量含量较低,与裸地相比,不同植被类型具有显著提高土壤细砂砾和粉黏粒质量含量的作用,并且混交林作用程度高于纯林;2)红壤丘陵区不同植被类型具有降低土壤密度、增加土壤孔隙度的功能,针阔混交林、乔灌混交林、针叶林、经济林土壤的饱和蓄水量分别是裸地的1.20、1.16、1.14和1.10倍,表土层(0～20 cm)贮水能力好于表下土层(20～40 cm);3)土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒、总孔隙度、饱和蓄水量、孔隙比呈极显著正相关,与石砾质量含量、土壤密度呈极显著负相关,红壤丘陵区4种植被类型土壤均为不均匀性良好的土壤,以混交林土壤粒径分布结构较好,尤其是以针阔混交林的最好,其次是纯林的,针叶林好于经济林,表土层(0～20 cm)大于20～40 cm土层。 相似文献