基于应力传递系数的分析模型优化与土壤压实应力预测

发布时间：2021-10-22 02:47

　　针对目前基于有限尺度环刀的土壤应力传递系数（Stress transmission coefficient,STC）取值方法无法满足不同深度土壤条件下集中系数随加载环境变化研究的问题,将土壤剖面分割为有限尺度的土层,基于分析模型推导ΠSTC公式,以多层土壤应力传递系数连乘方式计算田间指定深度土壤应力传递系数。基于传感器技术进行田间原位土壤平板下陷试验,通过控制压板直径和土层厚度实测9种加载状态下土壤的应力传递系数;同时,通过有限尺度（Φ50×50 mm环刀）取样于室内,结合土压力传感器进行非扰动土单轴压缩试验,测量各土层（0～50 mm、50～100 mm、100～150 mm、150～200 mm）应力传递系数。运用ΠSTC公式计算3种深度（100、150、200 mm）土壤的应力传递系数分别为0.30、0.17、0.07,综合实测数据通过双因素方差分析研究应力传递系数随加载环境的变化规律,由此反算不同加载条件的集中系数。结果显示,随着压板尺度的改变实测与计算所得相同深度土壤的应力传递系数间并无显著差异表明土壤应力传递系数与压板-土壤接触面当量半径无关,利用ΠSTC公式计算田间土壤应... 

【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

田间原位土壤应力传递系数计算原理图Fig．1Diagramoffieldin-situstresstransmission

～20032a1.87a84.61a510a系统记录加载载荷信号及随之变化的土压力传感器应力信号，同时记录压板相应的下陷位移ε。为防止相邻加载点之间的应力干扰，加载位置间隔不小于1m，每组参数试验重复3次。区别于传统通过土壤剖面并水平钻孔放置传感器的操作，本研究采用的土压力传感器埋设的方式省时省力，在保证土压力传感器安放深度的同时，最大限度减少原位土壤的扰动［37－38］，经研究［38－39］此方法亦可达到预期测试效果，尤其能够满足短时间内进行多点测量的要求。图2田间原位测控系统Fig．2Insituinstrumentationsystem1．压板2．标准砂3．土压力传感器4．导轨5．配重块6．龙门导向7．液压缸8．台架9．电缆10．测控系统11．压板导向装置12．称量传感器13．位移传感器2.2室内非扰动土试验在进行田间原位试验的同时，于每个加载位置附近选择一块较为平整的未扰动区域，清茬后，使用内壁抹上一层凡士林的环刀(Φ50×50mm)［40］，按如图3a所示方法进行取样，密封并贴好标签后继续取样至深度200mm。土样带回实验室并按照HE等［24］的操作，使用土壤固结仪对土壤样品进行加载，同时运用土压力传感器监测因逐次加载(σ0)而变化的土壤应力(σz)(图3b)，同时记录加载板下陷位移ε(mm)［41］，进而获取各土层土壤的应力传递系数，测量得土壤含水率、容重如表1所示。图3有限尺度取样与固结仪试验Fig．3Sampledinfinite-sizeandoedometertest1．土壤样品2．标尺3．固结仪4．土压力传感器5．测控系统2.3数据分析标定称量传感?

每个加载位置附近选择一块较为平整的未扰动区域，清茬后，使用内壁抹上一层凡士林的环刀(Φ50×50mm)［40］，按如图3a所示方法进行取样，密封并贴好标签后继续取样至深度200mm。土样带回实验室并按照HE等［24］的操作，使用土壤固结仪对土壤样品进行加载，同时运用土压力传感器监测因逐次加载(σ0)而变化的土壤应力(σz)(图3b)，同时记录加载板下陷位移ε(mm)［41］，进而获取各土层土壤的应力传递系数，测量得土壤含水率、容重如表1所示。图3有限尺度取样与固结仪试验Fig．3Sampledinfinite-sizeandoedometertest1．土壤样品2．标尺3．固结仪4．土压力传感器5．测控系统2.3数据分析标定称量传感器、位移传感器与土压力传感器［40］。根据CASSAGTANDE方法［41］计算各参数土壤样品的先期固结压力，结果见表1。采用HE等［24］的方法通过建立土壤应力表面应力线性关系，获取田间不同厚度土壤的应力传递系数和室内非扰动土各土层(0～50mm、50～100mm、100～150mm、150～200mm)的土壤应力传递系数［24］。基于室内非扰动土壤试验结果，运用ΠSTC公式计算不同厚度土壤的应力传递系数。利用SPSSStatistics20.0统计软件［24］进行双因素(压板尺度、土层厚度)方差分析，采用DUNCAN方法进行多重比较(α=0.05)。运用ΠSTC公式，首先获得土壤剖面各土层的应力传递系数，采用连乘的方式计算不同厚度土壤应力传递系数。3结果与分析3.1田间土壤应力传递系数图4为田间原位土壤与室内非扰动土壤在承压过程中，土壤应力随压板土壤接?

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压实分析模型的土壤应力传递系数研究[J]. 贺亭峰,丛文杰,BELAL Eisa Adam,丁启朔,杨艳山,霍连飞.  农业机械学报. 2017(06)
[2]基于FRIDA模型的轮胎-土壤接触特性研究[J]. 王宪良,王庆杰,李洪文,何进,张翼夫.  农业机械学报. 2016(09)
[3]农业机械土壤压实研究方法现状[J]. 王宪良,王庆杰,李洪文,何进,李问盈.  热带农业科学. 2015(06)
[4]农田原状土壤压实测试系统的设计及操作方法[J]. 柏建彩,丁启朔,陈青春,田永超,朱艳,曹卫星.  江苏农业科学. 2015(01)
[5]压实对土壤应力分布的影响仿真分析[J]. 赵振家,邹猛,薛龙,魏灿刚,李建桥.  农业机械学报. 2012(S1)
[6]土壤压实模型分析[J]. 陈浩,杨亚莉.  农机化研究. 2012(01)
[7]水稻土的先期固结压力测定与分析[J]. 李春林,丁启朔,陈青春.  农业工程学报. 2010(08)
[8]土壤压实对农作物影响概述[J]. 张兴义,隋跃宇.  农业机械学报. 2005(10)
[9]小四轮拖拉机土壤压实的研究[J]. 李汝莘,林成厚,高焕文,陈常礼,袁燕利.  农业机械学报. 2002(01)
[10]不同程度压实对土壤理化性状及作物生育产量的影响[J]. 迟仁立,左淑珍,夏平,刘宏,刘喜财.  农业工程学报. 2001(06)

硕士论文
[1]使用土压力传感技术的水稻土应力传递特性研究[D]. 柏建彩.南京农业大学 2014



本文编号：3450230