风化层模拟物压缩性质的实验研究

风化层的压缩性质反映了小天体风化层的强度和孔隙度及其在层内的变化，这些在很大程度上影响天体的碰撞和热演化。我们进行了压缩实验，利用蓬松颗粒样品研究了孔隙度与压缩之间的关系。我们关注低压高孔隙度区间。我们使用数十微米大小的不规则和球形粉末作为多孔风化层的模拟物。样品的初始孔隙度范围为 0.80 到 0.53。施加在样品上的单轴压力范围为 30 到 4×10^5 Pa。样品的孔隙度在阈值压力以下保持其初始值，当压力超过阈值时孔隙度降低。我们将该阈值处的单轴压力定义为“屈服强度”。随着样品初始孔隙度的降低，屈服强度增加。当样品具有相同的初始孔隙度时，由不规则颗粒组成的样品的屈服强度不显著依赖于其粒度分布。我们将实验结果与先前提出的理论模型进行了比较。利用理论模型，我们计算了在屈服强度单轴压力下作用在组成颗粒接触点上的平均颗粒间力，并将其与理论估计的使颗粒滚动或滑动所需的力进行了比较。计算得到的颗粒间力大于滚动摩擦力且小于滑动摩擦力。风化层的屈服强度可能受这些力的制约。我们的结果可供行星科学家估算风化层孔隙度几乎等于风化层表面孔隙度的深度，并解释着陆器获得的小行星表面的压缩性质。