三峡库区紫色土干缩裂隙形态几何尺寸效应

紫色土是一种广泛分布于三峡库区的农业土壤，易在降雨-蒸发循环作用下产生干缩裂隙，严重影响土壤的水力和力学性能，并加剧水土流失等自然灾害的发生。几何尺寸是影响紫色土裂隙发育的主要因素，基于响应面设计对13组不同厚度和直径的紫色土泥浆试样开展室内干燥试验，利用数字图像处理技术和形态学算法进行裂隙形态参数的定量表征。结果表明：1）几何尺寸对干缩裂隙的面积率、长度密度、平均宽度密度和分形维数影响极显著。厚度是影响裂隙面积和形态不规则性的主要因素，而直径对裂隙长度和宽度发育的影响较厚度更加明显。并且直径和厚度对裂隙率、平均宽度密度及分形维数存在交互影响作用；2）裂隙形态主要呈“T”型，含少量“I”和“Y”型，厚度越小，裂隙分布越密集，裂隙网络越不规则。直径越小，裂隙网络越单一，裂隙朝着土体边缘分布。单根裂隙面积占比的概率密度随着裂隙面积的增大呈指数型衰减，频率分布符合Expdec函数曲线形式；3）裂隙发育存在明显的几何尺寸效应，其平均开裂应力随着直径的增大以幂函数曲线形式减少，厚度的增大将削弱直径对平均开裂应力的几何尺寸效应。研究结果对三峡库区紫色土裂隙形态和发育机制的认识具有一定参考意义。

Geometrical size effect of desiccation cracks in purple soil in the Three Gorges Reservoir areas