黃河水下三角洲海底粉土微觀結(jié)構(gòu)分形特征研究

焦鵬飛,孫永福,劉曉瑜,宋玉鵬,周其坤,杜 星

(國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島,266061)

黃河水下三角洲海底粉土微觀結(jié)構(gòu)分形特征研究

焦鵬飛,孫永福,劉曉瑜,宋玉鵬,周其坤,杜 星

(國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島,266061)

以黃河水下三角洲海底粉土為研究對(duì)象,基于掃描電子顯微鏡技術(shù)獲得了大量的海底粉土SEM(scanning electron microscopy)圖像,綜合運(yùn)用Image-Pro Plus(IPP)和Photoshop圖像處理軟件來(lái)提取粉土的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù),以分形理論為指導(dǎo),運(yùn)用“周長(zhǎng)-面積法”對(duì)海底粉土進(jìn)行了分形特征研究,分析了閾值、放大倍數(shù)對(duì)粉土分形維數(shù)的影響及確定方法,并探討了分形維數(shù)的環(huán)境及工程地質(zhì)意義。研究結(jié)果表明,黃河水下三角洲海底粉土的顆粒及孔隙具有特殊的分形特征,分形維數(shù)為1.6～1.8;不同分維值在一定程度上反映了波浪擾動(dòng)強(qiáng)度的不同;分形維數(shù)可以表征抗剪強(qiáng)度參數(shù),粉土的黏聚力和內(nèi)摩擦角隨分維值的增大而增大。

海底粉土;SEM;圖像處理;分形分維

土的微觀結(jié)構(gòu)概念最早是在1925年由土力學(xué)的始祖Terzaghi提出并用于黏性土的工程地質(zhì)性質(zhì)評(píng)價(jià)的[1]。隨著技術(shù)的發(fā)明與進(jìn)步,人們逐漸意識(shí)到,相對(duì)于關(guān)注較多的土的宏觀結(jié)構(gòu),土的微觀結(jié)構(gòu)更能從本質(zhì)和機(jī)理上解釋土的工程地質(zhì)性質(zhì)。土微觀結(jié)構(gòu)的研究建立在微觀結(jié)構(gòu)信息獲取技術(shù)的發(fā)展之上。從最初借助于光學(xué)顯微鏡到后來(lái)電子顯微鏡的運(yùn)用,尤其是在掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscopy,SEM)技術(shù)發(fā)明之后,對(duì)土微觀結(jié)構(gòu)的研究也由定性研究逐漸過(guò)渡到定量研究,并取得了豐碩的研究成果[2-10]。目前,基于SEM技術(shù)的土體微觀結(jié)構(gòu)研究逐漸成為巖土工程中最有效、最直接的方法[2],而合理地獲取SEM圖像信息,建立微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系,并將其應(yīng)用于理論研究和工程實(shí)踐一直是該領(lǐng)域的研究難點(diǎn)[8]。

分形理論是研究復(fù)雜物體形態(tài)和分布特征的有效方法,最初由數(shù)學(xué)家BENOIT于1975年提出[11],之后很多學(xué)者將其運(yùn)用到工程技術(shù)、物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的研究領(lǐng)域[12]。近年來(lái)這一理論也被廣泛用于土的微觀結(jié)構(gòu)研究中,并取得了不少的研究成果[13-20]。如Moore和Donaldson等在分析了大量砂土的微結(jié)構(gòu)照片后得出砂土顆粒形態(tài)具有分形特征,且分形維數(shù)為1～2的結(jié)論[13]。王寶軍等基于GIS軟件研究了黏性土的SEM圖像,論證了黏性土顆粒的分布符合分形特征且分形維數(shù)1～2,并分析了分形維數(shù)與土體微觀結(jié)構(gòu)類型間的關(guān)系[14]。徐永福等由非飽和土孔隙分布的分形模型導(dǎo)出了非飽和土的水分特征曲線、滲透系數(shù)、剪切強(qiáng)度的表達(dá)式,并用已有的經(jīng)驗(yàn)公式和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證[15]。任權(quán)等研究了動(dòng)荷載作用下黃土變性前后孔隙的分性特征,揭示了分形分維同孔隙比之間有近似直線的關(guān)系[16]。王寶軍等應(yīng)用GIS對(duì)黏性土顆粒形態(tài)進(jìn)行了三維分形研究,認(rèn)為表面積-體積法更能夠反應(yīng)土體的三維特性[17]。劉玉松等對(duì)軟黏土、黃土及海相軟土的孔隙進(jìn)行了分形研究,發(fā)現(xiàn)3種土的孔隙分布均是分形結(jié)構(gòu)并存在多重分形特征,并指出了孔隙分布之分維變化與土體演化存在密切關(guān)系[19]。王俊超等對(duì)黃河三角洲北部潮坪上的原狀土樣進(jìn)行了粒度成分測(cè)試,并利用分形理論進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)粒度分維值和顆粒分布分維隨深度變化呈現(xiàn)不同的變化特征,進(jìn)而反映了沉積物的層化現(xiàn)象[20]。

綜上可知,前人已經(jīng)研究了砂土和黏性土微觀結(jié)構(gòu)的分形研究,但對(duì)于粉土的研究較少。而粉土是介于砂土與黏性土之間的一種特殊土體,其物質(zhì)組成和顆粒形態(tài)與前兩者有顯著的區(qū)別,其分形特征也具有特殊性。本文基于前人對(duì)于土微觀結(jié)構(gòu)分形特征的研究方法及理論基礎(chǔ),采用在復(fù)雜水動(dòng)力環(huán)境下形成的黃河水下三角洲海底粉土為研究對(duì)象,綜合應(yīng)用Photoshop圖像處理軟件和IPP(Image-Pro Plus)圖像信息測(cè)量采集軟件,分別考慮了閾值、放大倍數(shù)等因素對(duì)其進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分形特征研究,具有重要的環(huán)境意義和工程地質(zhì)意義。與前人只對(duì)顆?；蛘呖紫镀渲幸环N目標(biāo)進(jìn)行分形特征研究不同,我們同時(shí)考慮了顆粒和孔隙的分形特征研究,從而使得到的結(jié)果更準(zhǔn)確可靠;另外,前人研究一般采用重塑土,本次研究對(duì)象為4個(gè)不同站位鉆孔取樣獲得的原狀海底粉土,對(duì)不同深度和層位土體進(jìn)行全面分析,以期能為不同類型土的分形研究以及黃河水下三角洲粉土的力學(xué)性質(zhì)研究提供參考。

1 研究方法

1.1 樣品的制備及SEM圖像的獲取

通過(guò)鉆機(jī)鉆孔取得黃河水下三角洲的原狀海底粉土,取部分土樣用于SEM圖像的獲取。本次研究采用了4個(gè)不同的鉆孔樣品,鉆孔號(hào)分別為K1,K2,K7和K8(圖1)。根據(jù)淺地層剖面解譯資料,K1,K2和K7鉆孔位于非擾動(dòng)區(qū),K8鉆孔位于擾動(dòng)區(qū)。各鉆孔的取樣深度如表1所示。每個(gè)深度的樣品分別進(jìn)行了500倍、800倍、1 000倍三種放大倍數(shù)的掃描處理,每個(gè)放大倍數(shù)進(jìn)行3次掃描作為對(duì)比,最終我們獲取了422張SEM圖像。

圖1 鉆孔位置圖Fig.1 Location of boreholes in the Yellow River submerged delta

表1 各鉆孔取樣深度表Table1 Sampling depths of boreholes

樣品的制備過(guò)程會(huì)直接影響SEM照片能否真實(shí)反映樣品的微觀結(jié)構(gòu)特征,因此制樣過(guò)程的操作規(guī)范性對(duì)于研究結(jié)果的精確度至關(guān)重要。為了保證粉土的原始真實(shí)狀態(tài),本次研究采用冷凍真空干燥法進(jìn)行粉土樣品制備。對(duì)制備好的樣品進(jìn)行掃描斷面的制作,與其他材料采用的切割法不同,粉土樣品采用自由斷裂的方法制成,目的是保證土顆粒與孔隙的原始真實(shí)形態(tài),減小對(duì)顆粒及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。

1.2 SEM圖像預(yù)處理

對(duì)于采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡獲得的SEM圖像要進(jìn)行降噪、裁剪、二值化分割等的預(yù)處理,確保參數(shù)提取的準(zhǔn)確性。降噪的目的是提高SEM圖像的質(zhì)量,利用Photoshop實(shí)現(xiàn)該過(guò)程。獲得的SEM圖像都含有標(biāo)簽欄,其用于說(shuō)明圖像的采集信息,二值化前要將其裁剪掉,以免對(duì)參數(shù)的提取造成不必要的誤差。前人的一些研究中,由于技術(shù)原因,往往忽略了這一點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果可靠性的影響。二值化的基本過(guò)程就是通過(guò)確定某一閾值,將高于此閾值的部分劃為白色,反之劃為黑色,白色部分表示顆粒,黑色部分代表孔隙(圖2)。二值化分割的目的是將粉土顆粒與孔隙分離開來(lái),便于各自結(jié)構(gòu)參數(shù)的提取。

圖2 SEM原圖及各閾值二值化圖Fig.2 SEM original image and binary images with different thresholds

1.3 微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的提取

IPP軟件具有強(qiáng)大的SEM圖像處理功能,它可以讀取多種格式圖像,可以對(duì)點(diǎn)、線、面積等多種參數(shù)自動(dòng)識(shí)別以及圖像區(qū)域、臨界邊緣的自動(dòng)分離與識(shí)別。本次研究中,IPP不僅可以識(shí)別SEM圖像格式以及經(jīng)過(guò)Photoshop二值化處理的圖像格式,還可以準(zhǔn)確標(biāo)注比例尺,實(shí)現(xiàn)像素到長(zhǎng)度單位的轉(zhuǎn)換,使得到的面積及周長(zhǎng)參數(shù)為實(shí)際大小。最為關(guān)鍵的是它可以同時(shí)選擇顆粒和孔隙兩種測(cè)量目標(biāo),并可以同時(shí)測(cè)量提取多種參數(shù),諸如面積、周長(zhǎng)、直徑、平均直徑等參數(shù)。

1.4 分形維數(shù)的計(jì)算方法

分形維數(shù)是分形特征的表現(xiàn)形式,以符號(hào)D表示。分形維數(shù)的計(jì)算,采用的是Moore和Donaldson提出的周長(zhǎng)-面積法[13]。如果土顆?；蚩紫兜男螒B(tài)滿足分形特征,則其面積和周長(zhǎng)關(guān)系:

式中,P為SEM中顆粒或孔隙形態(tài)的周長(zhǎng),A為顆粒或或孔隙的面積,C為常數(shù),D為顆?；蚩紫缎螒B(tài)的分形維數(shù)。

應(yīng)用上述顆粒及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的提取方法得到的周長(zhǎng)P和面積A的數(shù)據(jù),并分別繪制lg P-lg A雙對(duì)數(shù)趨勢(shì)線圖(圖3),則分形維數(shù)D:

式中,K為趨勢(shì)線的斜率。運(yùn)用線性回歸分析軟件即可得到斜率K的值,進(jìn)而得到分形維數(shù)D的值。

2 海底粉土的物理力學(xué)性質(zhì)

黃河水下三角洲海底粉土位于老黃河口水深5～10 m之間的區(qū)域。本次研究中4個(gè)鉆孔取得的原位土樣也做了室內(nèi)土工試驗(yàn),得到了土樣的物理力學(xué)參數(shù),如表2所示。對(duì)土樣顆粒分析可知,粒度主要以0.005～0.075 mm的粉粒為主,含量超過(guò)80%,因此定名為粉土。粉土中黏粒含量較少,以骨架狀結(jié)構(gòu)為主,因而構(gòu)成松散而均勻的孔隙。由于沉積環(huán)境不同于陸地,較高的孔隙比、高含水率(大于25%)、高飽和度(大于90%)以及低塑性指數(shù)是海底粉土的特點(diǎn)。

表2 粉土的物理力學(xué)指標(biāo)Table 2 Physico-mechanical properties of silt

3 相關(guān)參數(shù)的選擇

3.1 閾值確定

SEM成像的基本原理是利用聚集成極細(xì)的電子束轟擊樣品的表面并在表面的不同部位進(jìn)行掃描,高能電子束在樣品表面掃描時(shí)通過(guò)電子對(duì)樣品表面的轟擊作用而激發(fā)出二次電子,通過(guò)對(duì)二次電子的收集、放大和顯示成SEM圖像從而獲得樣品表面的形態(tài)特征。SEM圖像為灰度圖,它是因?yàn)樵诮邮芊瓷浠貋?lái)的二次電子時(shí),接受面不變,而由于顆粒表面與孔隙到接受面之間的距離不同,而呈現(xiàn)出不同的灰度。顏色的深淺由灰度來(lái)表達(dá),不同的灰度由不同的閾值控制,閾值的取值范圍是0～255,取最小值代表的灰度在最亮處表現(xiàn)為白色,隨閾值的增大顏色由白變黑。閾值是劃分顆粒與孔隙的界限,閾值的大小決定了SEM圖像中土的顆粒形態(tài)及孔隙形態(tài),閾值越大使得孔隙比增大,閾值越小使得孔隙比越小,因此,需要合理的選取閾值的大小,使其能準(zhǔn)確反映顆粒和孔隙的大小及形態(tài)。本次研究發(fā)現(xiàn),閾值的試驗(yàn)范圍應(yīng)在30～150之間做進(jìn)一步確定。閾值小于30時(shí)顆粒重疊連結(jié)情況比較嚴(yán)重,而大于150時(shí),孔隙的面積比實(shí)際孔隙要大出很多(圖2)。在閾值30～150的范圍內(nèi),間隔值為10進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果顯示顆粒及孔隙分維值隨閾值變化都不明顯,且在閾值90左右兩者的分維值十分接近,穩(wěn)定在1.7左右(圖4)。同時(shí)考慮孔隙比的影響,孔隙比隨閾值變大而隨之增大(圖5),由土工試驗(yàn)測(cè)得以及經(jīng)驗(yàn)可知粉土的孔隙比在0.7左右[1]。因此綜合考慮分維值穩(wěn)定性和孔隙比的大小,最終確定選取的閾值為90,并將此值運(yùn)用至其他SEM圖像的處理。這種確定閾值的方法比目視分割法更加科學(xué)合理,使得該閾值下的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)更加接近實(shí)際。

3.2 放大倍數(shù)的選擇

研究中,也同時(shí)考慮了放大倍數(shù)對(duì)于顆粒及孔隙分維值的影響。在進(jìn)行掃描電鏡處理時(shí),得到了500倍、800倍和1 000倍三種不同放大倍數(shù)的SEM圖像,經(jīng)過(guò)Photoshop處理及IPP的測(cè)量及計(jì)算,得到了3種放大倍數(shù)下的顆粒及孔隙分維值(圖6)。由圖6可知,顆粒及孔隙的分維值隨放大倍數(shù)呈現(xiàn)減小趨勢(shì),鑒于在合理的范圍內(nèi)放大倍數(shù)越大,微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)顯示越清晰,因此選擇3種常用放倍大數(shù)里的1 000倍作為本次試驗(yàn)研究中的標(biāo)準(zhǔn)放大倍數(shù)。

圖3 lg P-lg A雙對(duì)數(shù)趨勢(shì)線Fig.3 The trend line lg P versus lg A

圖4 顆粒及孔隙分形維數(shù)隨閾值變化Fig.4 The variations of particles and pore fractal changing with different thresholds

圖5 孔隙比隨閾值變化Fig.5 Pore ratios with different thresholds with different magnifications

圖6 顆粒及孔隙分形維數(shù)與放大倍數(shù)關(guān)系Fig.6 Particles and pore fractal dimensions

4 試驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)用上述研究方法對(duì)黃河水下三角洲的不同鉆孔K1,K2,K7和K8粉土的SEM圖像進(jìn)行處理,得到了各深度的顆粒及孔隙分形維數(shù)(圖7和圖8)。研究結(jié)果表明,黃河水下三角洲海底粉土不同深度的顆粒及孔隙都存在明顯的分形特征,分形維數(shù)為1.6～1.8。各鉆孔不同深度粉土的顆粒分形維數(shù)總體高于孔隙的分形維數(shù),在K8中表現(xiàn)最為明顯(圖9),而在K1,K2和K7的個(gè)別深度粉土的孔隙分形維數(shù)略高于顆粒的分形維數(shù)。1)K1在4 m以淺的顆粒分形維數(shù)略高于孔隙的分形維數(shù),4～5 m的深度內(nèi)則反之;2)K2在4.5 m處顆粒分形維數(shù)小于孔隙分形維數(shù),其他深度均大于之;3)K7在0.5 m及4.5 m處的顆粒分形維數(shù)小于孔隙的分形維數(shù),1.5 m處兩者的分形維數(shù)十分接近其他深度均大于之;4)K8在5 m以內(nèi)的所有深度處顆粒的分形維數(shù)均大于孔隙的分形維數(shù)。

圖7 各鉆孔顆粒分維Fig.7 Particles fractal dimensions in different boreholes

圖8 各鉆孔孔隙分維Fig.8 Core fractal dimensions in different boreholes

圖9 鉆孔K1,K2,K7和K8各深度顆粒及孔隙分維值Fig.9 Particles and pore fractal dimensions with different depths in boreholes K1,K2,K7 and K8

5 討 論

5.1 粉土分形特征的環(huán)境意義

黃河水下三角洲的海底粉土,在不同位置所處的水動(dòng)力環(huán)境不同,我們將其分為擾動(dòng)區(qū)與非擾動(dòng)區(qū)。擾動(dòng)區(qū)內(nèi)的粉土是在波浪作用下的液化引起,非擾動(dòng)區(qū)的粉土則不受波浪擾動(dòng)作用影響[21]。得到的試驗(yàn)結(jié)果顯示了粉土的顆粒及孔隙分形維數(shù)值是在一定范圍內(nèi)的相近數(shù)值,但在不同鉆孔的同一深度處或者同一鉆孔的不同深度處的顆粒及孔隙的分形維數(shù)又不盡相同。圖9顯示了K8在各深度粉土的顆粒及孔隙分維值與K1,K2和K7不同,K8各深度的顆粒分維值均高于孔隙分維值,兩者完全分離。根據(jù)擾動(dòng)土層在淺地層剖面圖中的雜亂反射特征,可以準(zhǔn)確識(shí)別出擾動(dòng)土層。據(jù)此,我們發(fā)現(xiàn)K8位于受波浪擾動(dòng)嚴(yán)重(存在明顯的雜亂反射)區(qū)域,另外3個(gè)鉆孔位則于受波浪擾動(dòng)較輕(層理較為分明)的區(qū)域。因此,我們推測(cè)波浪擾動(dòng)作用會(huì)使得海底粉土的顆粒分維與孔隙分維,在不同深度出現(xiàn)異于非擾動(dòng)粉土的特征。波浪動(dòng)力可以將粉土中的細(xì)粒物質(zhì)掀起使之懸浮搬運(yùn)至他處再沉積,使得原地的粉土顆粒成分變粗孔隙變大。不同鉆孔不同深度的粉土在沉積過(guò)程中所受到的波浪擾動(dòng)強(qiáng)度不同,進(jìn)而導(dǎo)致粉土的顆粒及孔隙的分形維數(shù)不同。因此,分形維數(shù)能在一定程度上表征波浪擾動(dòng)的強(qiáng)度,但要得出分維值與波浪強(qiáng)度具體關(guān)系式,需要做進(jìn)一步的研究。

5.2 粉土分形特征的工程地質(zhì)意義

抗剪強(qiáng)度是研究土體工程地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)的重要內(nèi)容,尤其在研究海底土體穩(wěn)定性的過(guò)程中是必不可少的環(huán)節(jié)。抗剪強(qiáng)度是土體微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)的宏觀表現(xiàn),其通常涉及2個(gè)表征參數(shù):黏聚力和內(nèi)摩擦角。粉土顆粒的分形維數(shù)作為微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)的一種表征參數(shù),其必與抗剪強(qiáng)度存在密切的關(guān)系。研究顆粒分形維數(shù)與抗剪強(qiáng)度表征參數(shù)的關(guān)系,更能建立起粉土微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)與宏觀力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系,從而更好地分析粉土抗剪強(qiáng)度變化的內(nèi)在規(guī)律。將室內(nèi)土工試驗(yàn)所得的抗剪強(qiáng)度參數(shù)與相對(duì)應(yīng)的顆粒分形維數(shù)之間的關(guān)系,繪制在圖10和圖11中。由圖可知黏聚力和內(nèi)摩擦角都隨顆粒分形維數(shù)的增大而增大。其原因?yàn)榉志S值表征顆粒表面的起伏及粗糙程度,分維值越大表示顆粒越粗糙顆粒表面越復(fù)雜,由于顆粒之間的咬合力、粒間阻力以及粒間連結(jié)力增大,使得內(nèi)摩擦角和黏聚力分別增大,反之亦然。

圖10 黏聚力與顆粒分維關(guān)系圖Fig.10 Relationship between cohesions and fratal dimensions

圖11 內(nèi)摩擦角與顆粒分維關(guān)系Fig.11 Relationship between angles of internal friction and fractal dimensions

6 結(jié) 論

綜合使用Image-Pro Plus(IPP)和Photoshop圖像處理軟件提取了海底粉土的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù),以分形理論為指導(dǎo),運(yùn)用“周長(zhǎng)-面積法”對(duì)海底粉土進(jìn)行分形特征研究,并探討分形維數(shù)的環(huán)境及工程地質(zhì)意義,得出以下結(jié)論:

1)本文提出的基于SEM圖像,綜合利用Photoshop及IPP軟件來(lái)研究海底粉土的微觀結(jié)構(gòu)分形特征是可行的,且此方法簡(jiǎn)單易操作實(shí)施,得到的定量分析結(jié)果是可靠的。

2)二值化分割過(guò)程的閾值選擇時(shí),綜合孔隙比和分維值穩(wěn)定性兩者共同作為判斷標(biāo)準(zhǔn),建議二值化處理時(shí)選擇閾值為90,此閾值下能準(zhǔn)確反映土微觀結(jié)構(gòu)的分形特征,閾值過(guò)大或過(guò)小皆使得粉土顆粒及孔隙的分形特征偏離真實(shí)情況。

3)黃河水下三角洲海底粉土的顆粒及孔隙均具有明顯的分形特征,分形維數(shù)值為1.6～1.8;不同分維值在一定程度上反映了波浪擾動(dòng)強(qiáng)度的不同。

4)分形維數(shù)可以表征抗剪強(qiáng)度參數(shù),黏聚力和內(nèi)摩擦角都隨顆粒分形維數(shù)的增大而增大;原因在于分維值越大表示顆粒越粗糙,顆粒之間的咬合力、粒間阻力及連結(jié)力增大,使得內(nèi)摩擦角和黏聚力分別增大。

5)本研究是基于黃河水下三角洲的鉆探取樣而獲得的,對(duì)于其他地區(qū)的實(shí)用性還有待于進(jìn)一步的研究工作;此外,對(duì)于海底的其他類型土的微觀結(jié)構(gòu)分形特征也需要做大量而深入的研究。

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Microstructure Fractal Characteristics of Seafloor Silt on Subaqueous Delta of Yellow River

JIAO Peng-fei,SUN Yong-fu,LIU Xiao-yu,SONG Yu-peng,ZHOU Qi-kun,DU Xing
(The First Institute of Oceanography,SOA,Qingdao 266061,China)

In this study we acquired a lot of Scan Electronic Microscope(SEM)images for silts in Yellow River submerged delta by using the SEM technique.By jointly using Photoshop and IPP(Image-Pro Plus)software,we obtained microstructure parameters for these silt samples.Then,guided by the fractal theory,we studied the fractal characteristics of silts by using the method of“Perimeter-Area”,and discussed the influences ofthreshold and magnification on fractal dimension and how to select the appropriate values,and further pointed out the different environmental and engineering geological significances of different fractal dimensions.The results show that the particles and pores of silts in the Yellow River submerged delta have obvious fractal dimension characteristics,and the fractal dimension values vary from 1.6 to 1.8.The different fractal dimension values reflect the different wave disturbance intensity to certain extent.The fractal dimensions can represent the shear strength parameters,and silt cohesions and the angle of internal friction values increase with increasing fractal dimension values.

seafloor silt;SEM;image processing;fractal dimension

September 5,2016

P736

A

1671-6647(2017)04-0503-09

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.04.007

2016-09-05

國(guó)家海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)——近海海底地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)及防控關(guān)鍵技術(shù)研究(201005005);青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目——海底地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研究(2015ASKJ03);中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目——北黃海海底麻坑群精細(xì)地貌特征研究及成因分析(2015G15);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——基于形態(tài)學(xué)特征和聲學(xué)探測(cè)技術(shù)的北黃海海底麻坑群成因研究(41506069)

焦鵬飛(1990-),男,山東濱州人,碩士研究生,主要從事海洋工程地質(zhì)方面研究.E-mail:jiaopf_2016@fio.org.cn

(陳 靖 編輯)