已有研究表明土的宏觀力學行為在很大程度上取決于微觀顆粒特征，如尺寸、形狀和粗糙度，這些是導致其具有特殊工程力學的關鍵因素。我國南海的珊瑚鈣質砂顆粒具有不規(guī)則形狀、表面粗糙且多棱角以及易破碎使其與常規(guī)陸源砂相比具有更為復雜的工程力學特性，珊瑚鈣質砂在加載受力過程中的顆粒破碎以及形貌變化特征對于深化鈣質砂土變形破壞影響機理的認識具有重要意義。

　　武漢巖土所海洋工程地質學科方向組科研人員與英國布魯爾大學趙濤博士利用動態(tài)圖像方法對鈣質砂一維壓縮試驗前后顆粒破碎與形貌進行了定量化表征與分析。本研究采用了大尺寸的固結壓力盒（內徑231.6毫米，高度155毫米）對不同形貌鈣質砂顆粒（10-20毫米）開展了一維壓縮試驗，并分析試驗前后的顆粒形貌變化。研究結果表明，粗顆粒在壓縮過程中發(fā)生了連續(xù)破碎和逐漸細化，這使得不同顆粒形狀混合物的壓縮系數(shù)幾乎相同。在動態(tài)圖像分析中，通過分析顆?？傊荛L在實驗前后的變化，可以有效地反映與定量化顆粒破碎。顆?；旌衔镏兄铑w粒的增多會顯著增加顆粒破碎量，原因是枝狀珊瑚顆粒在壓縮過程中更容易受到局部應力集中的破壞。粗顆粒的破碎會產生大量的細顆粒，其顆粒數(shù)量分布特征呈指數(shù)函數(shù)，這些細顆粒的形貌比粗顆粒更細長與平滑。壓縮試驗后的顆粒都趨于光滑和規(guī)則球形，特別是球形顆粒比棱角形顆粒表面變得更為光滑。最后，該研究建立了顆粒形貌變化與巖土工程實踐的相關性。

                                     圖1.態(tài)圖像分析系統(tǒng)示意圖                                    圖2.典型顆粒形貌的動態(tài)圖像序列。圖中 

                                                                                                                       每一行都是連續(xù)的特定顆粒的圖像    

                                  圖3.顆粒圖像數(shù)字化及各形貌參數(shù)定義                     圖4.壓縮試驗前后各試樣顆粒等效粒徑的分布對比

                               圖5.壓縮試驗前后顆粒形狀參數(shù)的分布對比                   圖6.壓縮試驗前后鈣質砂顆粒球度與凸度關系圖

　　相關研究成果發(fā)表在美國土木工程學會主辦的International of Journal of Geomechanics上，第一作者為魏厚振副研究員，通訊作者為趙濤博士。該工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導專項（A）、國家自然科學基金的支持。

　　論文題目：Quantifying the morphology of calcareous sands by dynamic image analysis

　　原文鏈接：https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29GM.1943-5622.0001640