土壤干缩裂缝网络几何特征

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1、第39卷第10期地球科学———中国地质大学学报Vol.39No.102014年10月EarthScience—JournalofChinaUniversityofGeosciencesOct.2014doi:10.3799/dqkx.2014.139土壤干缩裂缝网络几何特征张展羽1,2,王策1,2,朱成立1,2,朱文渊1,2,吴春辉1,21.河海大学南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室,江苏南京2100982.河海大学水利水电学院,江苏南京210098摘要:通过室内试验研究了土壤干缩裂缝发育规律,

2、采用数字图像处理技术与AutoCAD测量功能,分析了不同含水率下土壤裂缝网络几何形态特征.结果表明:土壤含水率达到43%时出现裂缝,裂缝骨架长度、周长和面积分别在含水率达到23%、23%、7%时趋于稳定,裂缝平均宽度的发育经历了波动增长、线性增长和稳定3个阶段,并在含水率达到7%时保持不变;裂缝条数与节点数之比随含水率降低而减小,并最终保持在1.67,此结果与收缩块区分散度和裂缝交叉角度分布规律共同表明,裂缝网络形态呈方形正交网络分布趋势,且处于方型网络与“T”型正交网络之间;裂缝平均弯曲度随含水率减小,由

3、1.06减小至1.02并保持恒定,揭示了裂缝整体弯曲程度与不同时期裂缝弯曲的变化规律.关键词:土壤;裂缝;网络;几何特征;土壤测试.中图分类号:S152.4文章编号:1000-2383(2014)10-1465-08收稿日期:2014-02-23GeometricCharacteristicsofShrinkageCrackNetworkinSoil1,2,WangCe1,2,ZhuChengli1,2,ZhuWenyuan1,2,WuChunhui1,2ZhangZhanyu1.KeyLaboratory

4、ofEfficientIrrigation-DrainageandAgriculturalSoil-WaterEnvironmentinSouthernChinaofMinistryofEducation,HohaiUniversity,Nanjing210098,China2.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,ChinaAbstract:Anindoorexperimentwasc

5、onductedtoinvestigatethedevelopmentlawoftheshrinkagecracknetworkinsoilinthisstudy.ByapplicationofdigitalimageprocessingtechnologyandthemeasurementfunctionsofAutoCAD,geometriccharacter-isticsofshrinkagecracknetworkwerequantitativelyanalyzedunderdifferentmoi

6、sturecontents.Theresultsshowthatthecrackfirstwasinitiatedwhenthemoisturecontentwas43%.Thelengthofcrackskeletonandcrackperimeterbegantostabi-lizeoncethemoisturecontentwascloseto23%,andsodidthecrackratioatthemoisturecontentof7%.Theaveragewidthofthecrackdevel

7、opedinthreestages,namely,fluctuationgrowth,lineargrowthandstabilization,whichreachedastableval-ueasthemoisturecontentcameto7%.Theratioofthecrackfragmentsandintersectionsdecreasedasthemoisturecontentsbecamelowerandremainedstableat1.67ultimately,which,togeth

8、erwithdispersityoftheaggregateandfrequencydistribu-tionofintersectionangles,revealedthesquarenetworkdistributiontrendofthecracknetwork.Themeantortuosityofthecrackwasreducedfrom1.06to1.02withthemoisturecontent