焦鹏飞,孙永福,刘晓瑜,宋玉鹏,周其坤,杜 星

(国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛,266061)

黄河水下三角洲海底粉土微观结构分形特征研究

焦鹏飞,孙永福,刘晓瑜,宋玉鹏,周其坤,杜 星

(国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛,266061)

以黄河水下三角洲海底粉土为研究对象,基于扫描电子显微镜技术获得了大量的海底粉土SEM(scanning electron microscopy)图像,综合运用Image-Pro Plus(IPP)和Photoshop图像处理软件来提取粉土的微观结构参数,以分形理论为指导,运用“周长-面积法”对海底粉土进行了分形特征研究,分析了阈值、放大倍数对粉土分形维数的影响及确定方法,并探讨了分形维数的环境及工程地质意义。研究结果表明,黄河水下三角洲海底粉土的颗粒及孔隙具有特殊的分形特征,分形维数为1.6～1.8;不同分维值在一定程度上反映了波浪扰动强度的不同;分形维数可以表征抗剪强度参数,粉土的黏聚力和内摩擦角随分维值的增大而增大。

海底粉土;SEM;图像处理;分形分维

土的微观结构概念最早是在1925年由土力学的始祖Terzaghi提出并用于黏性土的工程地质性质评价的[1]。随着技术的发明与进步,人们逐渐意识到,相对于关注较多的土的宏观结构,土的微观结构更能从本质和机理上解释土的工程地质性质。土微观结构的研究建立在微观结构信息获取技术的发展之上。从最初借助于光学显微镜到后来电子显微镜的运用,尤其是在扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)技术发明之后,对土微观结构的研究也由定性研究逐渐过渡到定量研究,并取得了丰硕的研究成果[2-10]。……