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研究亮点

成都山地所李泳研究员提出一种普适的土体颗粒分布公式

时间:2017-04-25   文章编辑:李泳   文本大小:【 |  | 】  【打印

  颗粒级配是土体最基本的物理性质,决定或影响着土体的水力性质和强度,但在土壤学和岩土工程等领域,人们一直沿袭从特定土体研究中形成的统计参数描述方法,参数多且经验性强,难以建立它们与土体性质的关系,而事实上它们也没有出现在土体运动的动力学方程中。一些常用的参数,原来是基于单峰分布(特别是正态分布)的土体提出的,却被原封不动地借用于宽级配多峰分布的情形。土体的分形描述也存在多标度的问题,很难为不同标度区间找到相应的物理依据。近期成都山地所李泳研究员等提出了一个适合任意土体的颗粒分布表达形式并讨论了分布参数的意义。 

   该研究从实测和文献的大量土体颗粒数据分析发现,颗粒级配满足如下标度分布:P(D)=CDexp(-D/Dc),其中P(D)为粒径大于D的颗粒的百分比,C, μ, Dc为分布参数,直接由颗分数据确定。其意义在于:1)分布满足不同类型和来源的土体和地表颗粒物(包括月壤),参数刻画了颗粒组成的总体,而不是个别特殊组分;2)土体经过动力学变化(如从坡面崩塌到沟谷泥石流到沉积)后仍然满足相同形式的分布,而参数的变化能刻画动力学过程中的颗粒组成变化(如μ随细颗粒的增加而增大);3)标度分布形式蕴涵了土体颗粒形成过程的随机效应和自组织效应;4)任意土体的非均匀性可以用逐点变化的分布参数来刻画,从而任意土体可视为以分布参数为变量的“颗粒场”;土体动力学行为即颗粒场的演化行为。 

  普适的标度分布为颗粒组成赋予了新的物理意义,它意味着我们可以从土体颗粒分布参数的变化出发考察土体的动力学演化。 

  相关研究成果近期发表在国际知名学术期刊Geoderma上。 

    原文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706116307649

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