四参数随机生成法重构土体微观孔隙结构的分形特征

四参数随机生成算法(QSGS)生成的微观结构模型,已被广泛用于研究土的微观孔隙结构并预测土的水力学性质,但模型能否真实反映实际土体的孔隙结构特征,目前尚缺乏实验证据及定量对比分析。利用扫描电镜(SEM)对3种不同孔隙率的土样制备SEM图像,以与QSGS模型进行定量对比分析。采用数字图像技术分析QSGS模型与土体中孔隙的形态特征和分布规律,基于实测数据估算孔隙的质量分维数Dm和表面分维数Ds。结果表明:QSGS算法生成的微观结构由孔隙度P、生长核的分布概率Pd和方向生长概率Pi等参数控制,其中Pd对孔隙结构的影响更为显著。Pd≤0.01时所生成的QSGS模型与实际土体具有相似的微观孔隙形态和分布规律,以及相同的分形特性和相近的分维数值。P越小则Dm越大,Dm与P存在较为显著的线性回归关系。孔隙轮廓愈不规则,Ds愈大,各孔隙的Ds分布符合总体正态分布形式。研究结果揭示了模型参数对QSGS算法生成的微观结构的影响,为合理选取参数提供了科学依据。