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摘 要

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南海珊瑚碎屑的颗粒破碎分析与评价

摘要

南沙群岛遍布的珊瑚礁砂与礁岩是热带海洋中非常宝贵的材料资源，可以用于岛礁基础工程建设。颗粒形态的极不规则必然导致颗粒在应力条件下的破碎，颗粒破碎是影响材料宏观力学性质的一大重要因素，因此本文对珊瑚碎屑的颗粒形态与破碎展开初步研究。

选取4组粒径颗粒，利用单反相机、IPP图像处理软件获取及处理材料的二维轮廓信息，在总结分析了评价颗粒整体形态的方法之后，选取并修正了4个评价指标：丰度（）、凸度（、）、圆度（C），统计分析了四组粒径颗粒群形态参数的分布规律。结果表明：用丰度（）和凸度（）表征颗粒的整体形态效果较好，选取代表性颗粒制成-表，发现在形态参数范围内，珊瑚碎屑颗粒形状不规则，棱角性突出。

在总结分析颗粒破碎度量指标的基础上，选取并修正了特征粒径指标、，整体性指标：基于破碎势的，质量-分形维数D，以及室内试验：振动密实、击实、高压试验，设计不同能级以及不同初始级配，研究了珊瑚碎屑颗粒的破碎。结果表明：整体性度量指标和D效果较好。振动试验产生的颗粒破碎较少，三种能级30Hz、40Hz、50Hz的均不会超过10% ；击实试验产生的破碎较大，整体上在20%左右； 64MPa高压试验产生了很大的破碎，在60%左右。质量-分形维数D可以用于表征颗粒的分布，初步研究G30珊瑚碎屑的破碎极限的分形维数为2.9 。

关键词： IPP；颗粒形态；颗粒破碎；破碎指数；分形维数

Broken analysis and Evaluation of Coral Debris in South China Sea

Abstract

The sandy reef sand in the Nansha Islands are very valuable material resources in the tropical oceans and can be used for the Infrastructure of the island. The irregularity of particle morphology inevitably leads to the crushing under stress conditions. Particle crushing is an important factor affecting the macroscopic mechanical properties. Therefore, particle morphology and crushing of coral debris are studied.

Four kinds of particle size were selected and the two-dimensional outline information of the material was obtained and processed by SLR camera and IPP image processing software. After summarizing and analyzing the methods of evaluating the particle morphology, four evaluation indexes were selected and modified: abundance （）、Convexity （、）roundness (C). The results show that the particle morphology is good with and. Select the representative particles to make the - table. It is found that the coral clastic particles are irregular in shape and angularly prominent.

Based on the analysis of the index of particle fragmentation, the characteristic particle index 、 、 and mass - fractal D are selected and modified. Based on the experiment: the vibration test, compaction test and high pressure test, designing different energy level and different initial gradation to study the particle crushing. The results show that the and D is better. The broken of the particles produced by the vibration test is less, which are less than 10%. Compaction test produced crushing larger, which are about 20%. High pressure test produced a great crushing which are about 60%. The mass-fractal dimension D can be used to characterize the distribution of particles. The fractal dimension is 2.9 when G30 coral debris reach the crushing limit.

Key words：IPP; particle morphology; particle fragmentation; crushing index; fractal dimension

目录

摘要 I

Abstract i

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 1

1.2.1 颗粒形态研究现状 1

1.2.2 颗粒的破碎研究现状 3

1.3 论文主要工作 5

1.3.1 研究内容 6

1.3.2 技术路线 6

第二章 珊瑚碎屑物颗粒的形态分析 8

2.1 引言 8

2.2 Image-Pro-Plus软件分析方法 8

2.2.1 图像获取 8

2.2.2 图像处理与分析 9

2.3 珊瑚碎屑整体形态指标选取 10

2.3.1 评价方法 10

2.3.2 评价参数选取 12

2.4 珊瑚碎屑整体形态分析与评价 13

2.4.1 颗粒丰度 14

2.4.2 颗粒凸度 15

2.4.3 颗粒圆度 18

2.4.4 粒径大小影响研究 20

2.4.5 偏度参数的探讨 21

2.5 本章小结 21

第三章 瑚碎屑物集合体的颗粒破碎特性 23

3.1 引言 23

3.2 颗粒破碎指标选取 23

3.2.1 颗粒破碎研究背景 23

3.2.2 颗粒破碎度量指标 23

3.2.3 评价参数选取 26

3.3 珊瑚碎屑破碎试验 27

3.4 珊瑚碎屑破碎分析 29

3.4.1 级配曲线数据处理 29

3.4.2 级配曲线的绘制 30

3.4.3 各类破碎指标的计算 31

3.4.4 破碎分析 32

3.5 本章小结 37

第四章 结论与展望 38

4.1 主要结论 38

4.1.1 颗粒形态 38

4.1.2 颗粒破碎 38

4.2 研究展望 39

参考文献 40

致谢 43

绪论

研究背景

南沙群岛海域蕴藏着大量的矿藏资源，油气资源尤为丰富，地质储量约为350亿吨，有“第二个波斯湾”之称；鉴于国家战略安全形势，近年来我国加快了南沙群岛基础工程建设。南沙群岛遍布的珊瑚礁砂与礁岩是热带海洋中非常宝贵的材料资源。天然沉积珊瑚礁砂（又可称钙质砂），多发现于北纬和南纬之间。岛礁基础工程建设中，正确认识珊瑚礁的材料本征、工程力学性质、工程与环境适宜性，非常重要。

已有相关单位对钙质砂的力学性质、碾压稳定材料和流动固化混凝土材料进行了一系列研究[1-3]，开展了针对区域钙质砂基本物理力学性质、动力学特性、颗粒破碎特性以及桩基工程特性等方面相关研究[4-6]，为岛礁工程建设区域环境的工程地质稳定与灾害评估，提供了基础支撑。

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