土壤干缩开裂三维模型构建及其参数敏感性分析

摘要：

为揭示农田土壤干缩裂隙沿深度方向的发展规律及形成机理,该研究改进了 Vogel提出的Hookean弹簧模型,通过构建由节点组成的三棱柱状网格结构,并考虑重力的影响,建立了可以模拟裂隙深度的三维农田土壤干缩开裂模型,分析了纵向弹性系数(与土壤沿深度的弹性有关)对模拟裂隙深度的影响,通过Minkowski密度(即面积密度、长度密度和欧拉数密度)量化分析裂隙形态.结果表明:试验与模拟裂隙图像的面积、长度、欧拉数密度及裂隙深度频率的决定系数在0.849～0.959之间,一致性指标在0.965～0.988之间,偏差在0.103～0.189之间,均方根误差在0.005～0.083之间,说明改进后的三维模型达到率定要求,该三维物理模型可以模拟出裂隙沿深度的拓展情况,模拟的表层裂隙形态特征符合自然裂隙的发育规律.敏感性分析中,纵向弹性系数越小,裂隙沿深度方向发育的趋势越明显,深裂缝(土深5～10 cm)的占比越大.研究可为模拟农田土壤裂隙沿纵向的发育和形成提供算法参考.

关键词：土壤、数值分析、模型、干缩裂隙、裂隙深度、闵可夫斯基密度

所属期刊栏目：39

分类号：S152.9(土壤学)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：122-130