土壤含水率分布式光纤测量试验研究

发布时间：2024-01-16 18:51

　　含水率是土壤的基本物理参数,也是评价土体工程性质的基本物理量。然而目前还缺少长距离、大面积的现场测量方法,影响了区域土的生态环境与工程地质研究。基于拉曼散射光的时域反射技术(ROTDR),突破了传统的点式测量技术的局限,实现了对岩土体温度场的分布式实时测量,通过对温度场的连续测量还可以间接测量岩土体中的其它物理信息。本文提出了一种基于ROTDR内加热型碳纤维光缆的分布式原位测量土壤含水率的方法(DWS),通过理论分析、工艺设计、室内试验和现场测量,比较系统地论证了该方法测量土壤含水率的可行性,并取得了如下成果：1、对目前土壤含水率主要的测量方法和技术进行了评述,并对各项技术的优缺点进行了分析,在此基础上,介绍了一种基于ROTDR的内加热型碳纤维光缆分布式测温系统(DWS)。2、从理论上推导了线性热源加热过程中温度变化量与周围介质热导系数的关系,总结出了影响土壤热导特性的各种因素,主要包括含水率、干密度和粉粒含量。3、提出了一种基于DWS的土壤含水率分布式原位测量的方法,介绍了这一方法的基本原理；提出了温度特征值(Tt)的概念,并介绍了确定Tt的方法；建立了Tt与土壤含水率之间关系；通过...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 土壤含水率测量技术研究现状
    1.2 分布式测量土壤含水率的重要性
    1.3 DTS技术及其应用
    1.4 主要研究内容
第二章 DTS与内加热型光缆
    2.1 DTS的基本原理
    2.2 DTS中已应用的加热光缆
        2.2.1 金属丝加热型光缆
        2.2.2 碳纤维电热线缆
    2.3 碳纤维丝内加热型光缆
        2.3.1 碳纤维丝内加热型光缆结构
        2.3.2 碳纤维丝内加热型光缆加热方法
    2.4 本章小结
第三章 基于DWS的土壤含水率分布式测量原理
    3.1 基本原理
    3.2 土壤热传导性的影响因素
    3.3 土壤热导性与含水率之间关系
    3.4 线型热源加热过程中热传导理论
    3.5 光缆温度特征值的定义
    3.6 光缆温度特征值与土壤含水率之间关系
    3.7 本章小结
第四章 土壤含水率DWS测量系统设计
    4.1 加热子系统设计
    4.2 传感子系统设计
    4.3 温度解调子系统设计
    4.4 数据处理子系统设计
    4.5 DWS集成
    4.6 本章小结
第五章 基于DWS室内试验
    5.1 试验目的
    5.2 试验方案
        5.2.1 试验模型
        5.2.2 试验材料
        5.2.3 试验最优电压选择
        5.2.4 装土容器尺寸确定
        5.2.5 试验过程
    5.3 试验结果与分析
    5.4 本章小结
第六章 DWS现场试验
    6.1 试验目的
    6.2 试验方案
        6.2.1 试验过程
        6.2.2 试验材料基本参数
    6.3 试验结果与分析
    6.4 误差分析
    6.5 DWS优点及适用范围
    6.6 本章小结
第七章 滑坡DWS监测系统可行性试验研究
    7.1 试验目的
    7.2 试验方案
        7.2.1 试验模型选择
        7.2.2 试验用土的基本参数
        7.2.3 试验器材
        7.2.4 试验装置图
        7.2.5 试验过程
    7.3 试验结果及分析
        7.3.1 滑坡中滑动面定位
        7.3.2 滑坡中滑体含水率分析
        7.3.3 地下水位和岩性分界面辨别分析
        7.3.4 边坡稳定性与含水率的关系讨论
    7.4 滑坡DWS设计
    7.5 本章小结
第八章 总结及展望
    8.1 本文总结
    8.2 创新点
    8.3 展望
参考文献
致谢



本文编号：3879020