黄土沉积过程及微结构模型的非连续变形分析*

张 杰 李 萍 李同录 张常亮 乔志甜 李 强 沈 伟

(①长安大学地质工程与测绘学院， 西安 710064， 中国) (②黄土高原水循环与地质环境教育部野外观测研究站， 正宁 745399， 中国) (③博洛尼亚大学， 生物、地球与环境科学系， 博洛尼亚 67-40126， 意大利)

0 引 言

黄土是一种成分均一、多孔隙、水敏性强的风力搬运堆积物，具有显著的结构性(朱兴华等， 2017)，其变形破坏特征实际是微观结构发生破坏的宏观表现，探究黄土微观结构的破坏行为有利于揭示黄土宏观变形破坏的根源(袁志辉等， 2018)。

黄土的微观结构是组成黄土的原始物质在沉积后，于特定的自然环境下，经过一系列物理化学作用形成的(方祥位等， 2013)。探究黄土微观结构的变化，需首先建立黄土原始物质沉积后形成的初始结构。目前建立黄土微观结构主要有两种方法，一种是数值模拟法，另一种是图像处理法。数值模拟法通过Monte Carlo等方法在一定空间内填充土体颗粒，从而形成黄土的微观结构。如Rogers et al. (1994)通过在一定范围内赋予颗粒随机角度和位置的办法建立了黄土的初始结构，并研究了颗粒之间的胶结作用，认为前期胶结作用是黄土后期产生湿陷的重要原因； Assallay et al. (1997)在假定颗粒水平、角度不变、胶结力与颗粒重力比为1，即颗粒在接触瞬间便粘合的前提下，使用Monte Carlo法随机充填并构建了黄土的二维初始结构； Dibben et al. (1998a，1998b)进一步拓展了Assallay et al. (1997)的方法，假定了一个临界胶结力，当该胶结力大于重力时，两颗粒粘合，否则颗粒移动，据此建立了黄土的初始结构，并且研究了颗粒的大小和形状对结构的影响。……