加热参数对主动加热光纤法土体含水率标定结果的影响

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作者 辛雨凌 孙梦雅 +5 位作者 施斌 刘瑾 井淼 李筱艳 刘洁 郭君仪 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1091-1101,共11页

近年来,基于主动加热光纤(actively heated fiber-optic,AHFO)法的土体含水率测量技术因具有独特优势而得到快速发展,但现有研究忽视了加热参数对该技术的影响。为此,本文通过室内试验探究加热参数(加热功率和加热时间)对AHFO含水率测... 近年来,基于主动加热光纤(actively heated fiber-optic,AHFO)法的土体含水率测量技术因具有独特优势而得到快速发展,但现有研究忽视了加热参数对该技术的影响。为此,本文通过室内试验探究加热参数(加热功率和加热时间)对AHFO含水率测量结果的影响,首先,开展了不同加热参数下温度特征值(T_(t))与含水率(w)的标定试验和影响范围半径试验;其次,分析了加热参数下对T_(t)-w标定结果以及影响范围半径的影响;最后,讨论并确定了最优加热参数。研究结果表明:T_(t)随着加热功率和加热时间增大而升高;加热功率越大,T_(t)-w曲线的斜率越大,即T_(t)对含水率变化的响应越灵敏;加热范围随着加热功率和加热时间增大而逐渐扩大。综合考虑含水率测量的灵敏性、稳定性、代表性、温度影响和测量频率等因素,确定了最优加热参数,当含水率测量频率较低或对其测量精度要求较高时,建议加热功率取35 W/m、加热时间取20 min;当含水率测量频率较高时,建议加热功率取10 W/m、加热时间取10 min。 展开更多

关键词 土体含水率 主动加热光纤(AHFO)法 加热参数 标定试验 温度特征值

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基于主动加热光纤法的毛细阻滞入渗模型试验研究 被引量：10

2

作者 王家琛 朱鸿鹄 +3 位作者 王静 曹鼎峰 苏立君 Narala Gangadhara Reddy 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期147-155,I0004,I0005,共11页

毛细阻滞效应是多层、不同粒径非饱和土入渗过程中的一个自然现象。为了探究多层土水分入渗的毛细阻滞过程,设计了室内模型试验,采用主动加热光纤法(AHFO法)对多层土的水分迁移进行试验,并结合频域反射法(FDR法)和直接观测法作为验证。... 毛细阻滞效应是多层、不同粒径非饱和土入渗过程中的一个自然现象。为了探究多层土水分入渗的毛细阻滞过程,设计了室内模型试验,采用主动加热光纤法(AHFO法)对多层土的水分迁移进行试验,并结合频域反射法(FDR法)和直接观测法作为验证。试验结果表明:相较于FDR法和直接观测法,AHFO法对降雨入渗所产生的毛细阻滞现象具有较好的观测效果,可观测出水分运移的更多细节;运用FDR法,对AHFO传感器进行原位标定,曲线拟合精度R2均大于0.93,具有较高的体积含水率监测准确度;毛细阻滞层对降雨入渗具有明显的阻滞效应,即存储屏障上部入渗和减少水分向下部水体渗出。相关研究结论为毛细阻滞现象研究以及土壤水分场监测提供了一种新的监测方法。 展开更多

关键词 毛细阻滞 主动加热光纤法 砂土模型试验 降雨入渗

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非饱和土水分迁移感测的主动加热光纤光栅法试验研究 被引量：5

3

作者 刘喜凤 朱鸿鹄 +4 位作者 王家琛 李杰 王静 曹鼎峰 施斌 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1443-1452,I0006,共11页

非饱和土水分迁移是诱发多种地质灾害和环境岩土问题的重要因素,对其机理的认识因测试技术的不足尚不明确。为探究主动加热光纤光栅(AH-FBG)法监测非饱和土水分迁移的效果,分析单探针和双探针AH-FBG法的误差来源及分布特征,开展了一组... 非饱和土水分迁移是诱发多种地质灾害和环境岩土问题的重要因素,对其机理的认识因测试技术的不足尚不明确。为探究主动加热光纤光栅(AH-FBG)法监测非饱和土水分迁移的效果,分析单探针和双探针AH-FBG法的误差来源及分布特征,开展了一组室内土柱试验。在试验中同时采用AH-FBG法和传统的频域反射(FDR)法监测毛细水上升和水分蒸发的全过程,对比单探针法和双探针法的监测精度,分析不同方法的适用工况。结果表明:基于单探针AH-FBG的3种数据分析方法中,热导率法的监测精度最高,但是单探针法在监测毛细水上升过程中,当湿润锋刚没过探针感测位置时,受纵向传热的影响会使得测量的含水率值偏低;相比于单探针法,双探针法受纵向传热的影响更大,监测土体水分迁移有较大误差,误差大小与测点位置处的土体含水率值及土柱纵剖面的含水率分布情况有关;为减小纵向传热影响,从传感器结构和数据处理两方面提出了AH-FBG法的改进措施。 展开更多

关键词 主动加热光纤(AHFO)法 单探针法 双探针法 蒸发 毛细水

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基于主动加热光纤法的冻土相变温度场特征分析 被引量：10

4

作者 吴冰 朱鸿鹄 +3 位作者 曹鼎峰 王家琛 魏广庆 施斌 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期1093-1100,共8页

冻土温度场分析对于冻土特性研究及冻土地区工程建设具有重要的作用,而冰水相变所产生的相变潜热大大增加了冻土温度场分析的复杂性。针对该问题,基于线热源模型和冻土传热基本理论,在考虑未冻水和相变潜热的情况下计算了冻土导热系数... 冻土温度场分析对于冻土特性研究及冻土地区工程建设具有重要的作用,而冰水相变所产生的相变潜热大大增加了冻土温度场分析的复杂性。针对该问题,基于线热源模型和冻土传热基本理论,在考虑未冻水和相变潜热的情况下计算了冻土导热系数、体积热容和相变热容,分析其与测量初始温度的关系;在分析结果的基础上,对冻土含冰量的光纤测量技术进行了理论修正。基于主动加热光纤(AHFO)法,开展了一系列室内验证试验:在恒定的加热功率和时间下,采用自主研发的光纤光栅(FBG)刚玉管传感器,对同一初始含水量的冻土试样进行温度监测。结果表明:在本文试验条件下,FBG刚玉管传感器的影响半径小于5 cm,可以忽略边界效应;传感器所测温度增量与时间对数线性关系良好,主动加热对于冻土导热系数影响较小,线源模型适用于冻土导热系数测量;冻土导热系数与试验初始温度呈线性增长关系;在初始温度低于-6℃时,相变热容趋于稳定;在-6~0℃时,相变热容随温度升高逐渐增大,且变化趋势愈渐强烈;当初始温度高于-5℃时,相变热容甚至大于冻土自身的体积热容。相关结论为进一步提高冻土含冰量测试技术的精度提供了参考。 展开更多

关键词 冻土 主动加热光纤法 热响应 导热系数 相变热容

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不同环境温度下土体含水率主动加热光纤法监测试验研究 被引量：15

5

作者 郭君仪 孙梦雅 +2 位作者 施斌 魏广庆 刘洁 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期4137-4144,共8页

近年来,主动加热光纤(active heated fiber optical,AHFO)法因其具有长距离、耐久性好、分布式等优势,在土体含水率原位监测中不断得到应用。然而,由于我国一些地区土体的温度随四季变化很大,冬季土体温度甚至会达到零下几十度,土体中... 近年来,主动加热光纤(active heated fiber optical,AHFO)法因其具有长距离、耐久性好、分布式等优势,在土体含水率原位监测中不断得到应用。然而,由于我国一些地区土体的温度随四季变化很大,冬季土体温度甚至会达到零下几十度,土体中的水会发生相变,因此,研究不同环境温度对土体含水率AHFO法原位监测结果的影响具有重要意义。采用自主研发的内加热FBG刚玉管传感器,在-20~40℃下对3个不同含水率的试样进行了测试。研究结果表明,在试样含水率不高于8.8%时,不同温度下测得的试样含水率最大误差小于量程的1.5%,测量精度较高,在实际测量中可忽略环境温度的影响。当试样含水率高于8.8%时,正温区含水率测量的最大误差仅为量程的1.34%,测量精度仍较高;而在负温区时,由于自由水和毛细水在低于0℃时发生相变,导致热传递机制和试样结构发生变化,原来的标定公式不再适用,故需重新标定含水率测量的相关参数。研究结果为该技术的进一步完善和推广应用提供了重要依据。 展开更多

关键词 主动加热光纤法 土体 原位含水率 环境温度 误差分析

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基于主动加热光纤法的土中含水率测定与蒸腾分割模型评价 被引量：1

6

作者 张晓明 施斌 +3 位作者 曹鼎峰 张岩 孙梦雅 魏广庆 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期74-81,共8页

植物的蒸腾作用会改变土的基质吸力,进而影响土的力学性质。文章选用三种不同蒸腾速率的鸭脚木、绿萝和常青藤,利用主动加热光纤法(AHFO)对植物根系周围土的含水率进行了分布式测试,研究了植物蒸腾过程中的水力作用,评价了常用的描述植... 植物的蒸腾作用会改变土的基质吸力,进而影响土的力学性质。文章选用三种不同蒸腾速率的鸭脚木、绿萝和常青藤,利用主动加热光纤法(AHFO)对植物根系周围土的含水率进行了分布式测试,研究了植物蒸腾过程中的水力作用,评价了常用的描述植物与土的水力交互作用的蒸腾分割模型。试验结果表明:植物对土中含水率的影响可用蒸腾分割模型进行有效描述,含水率变化受植物叶面积、根系密度、土层深度和蒸腾时间的影响;绿萝与鸭脚木叶面积指数和根系密度相近,二者引起根部周围土中的含水率变化值相近,为0.075 m3/m3,常青藤的叶面积指数和根系密度远远大于绿萝与鸭脚木。因此,常青藤引起的根部周围土中的含水率变化值远大于其他两种植物,为0.125 m3/m3;植物对土中水分运移的影响主要在土的表层10～15 cm深度范围内,深部位置的水分场几乎不受植物的影响;湿润后,植物对土中含水率的影响以干燥初期最为显著,主要由植物的被动吸水作用引起。 展开更多

关键词 土 含水率 主动加热光纤法(AHFO) 蒸腾分割模型 水力作用

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滑坡地下渗流流速的光纤光栅监测装置研发 被引量：1

7

作者 杨坤 徐卫亚 +3 位作者 孟永东 张伟杰 沐清云 蔡征龙 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第2期1-7,共7页

地下渗流是影响滑坡稳定性的重要因素之一,实现渗流相关物理指标的实时有效监测是准确分析滑坡地下水响应规律和滑坡演化过程的关键.常规渗流监测装置无法兼具渗流速率和流向两个关键参数,且存在抗干扰能力弱、监测成本高、精度低的局限... 地下渗流是影响滑坡稳定性的重要因素之一,实现渗流相关物理指标的实时有效监测是准确分析滑坡地下水响应规律和滑坡演化过程的关键.常规渗流监测装置无法兼具渗流速率和流向两个关键参数,且存在抗干扰能力弱、监测成本高、精度低的局限性.结合主动加热光纤光栅法的温度传感特性和地下渗流场中的热对流规律,研发滑坡体渗流速率和流向的光纤光栅监测装置,建立基于测孔温度光纤光栅示踪的渗流监测系统.通过开展模型试验对监测装置和监测系统的有效性进行验证,研究结果表明:通过对测孔各方位光纤光栅的温度特征值变化率kη实施监测,可准确识别地下渗流的流速和流向;在流速量程1.2×10^(-4)~3.0×10^(-4)m/s范围内,装置对渗流速率具有较好的线性度和监测能力,装置监测渗流速率的误差占比11.2%,渗流流向的识别精度为11°左右.该装置的研发为库岸滑坡体地下渗流的精细监测提供了一种新的方法和技术手段. 展开更多

关键词 滑坡 渗流监测 光纤布拉格光栅 主动加热光纤法 牛顿冷却定律

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下蜀土降雨入渗光纤感测及渗透系数估算研究

8

作者 李杰 朱鸿鹄 +4 位作者 吴冰 刘喜凤 王家琛 曹鼎峰 施斌 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期601-611,共11页

下蜀土中裂隙较为发育,在降雨时入渗能力强,因此容易诱发浅层滑坡等灾害。为了研究下蜀土的降雨入渗特征,本文采用主动加热光纤光栅(AH-FBG)法开展了地基土水分分布及其动态变化的原位监测研究。基于监测数据,掌握了冬季和夏季土体体积... 下蜀土中裂隙较为发育,在降雨时入渗能力强,因此容易诱发浅层滑坡等灾害。为了研究下蜀土的降雨入渗特征,本文采用主动加热光纤光栅(AH-FBG)法开展了地基土水分分布及其动态变化的原位监测研究。基于监测数据,掌握了冬季和夏季土体体积含水率的时空分布特征,并计算得到降雨事件的降雨入渗量及入渗补给系数。在此基础上,通过稳态法计算获取了原位下蜀土的非饱和渗透系数,并与间接法估算值进行比较。结果表明:将AH-FBG法应用于下蜀土含水率的原位监测具有可行性,其中5 cm深度的均方根误差较大,为0.0252 m^(3)·m^(-3),主要受到浅层土体和空气的热量交换作用以及土体裂隙的影响,其余深度均不超过0.01 m^(3)·m^(-3)。原位监测系统对降雨入渗和蒸发作用引起的含水率变化均具有良好的响应。无论是冬季还是夏季,由稳态法计算得到的原位非饱和渗透系数均大于间接法估算值,表明下蜀土中的裂隙为降雨入渗提供了优先渗流通道。 展开更多

关键词 下蜀土 主动加热光纤光栅 水分迁移 体积含水率 非饱和渗透系数 降雨入渗

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黄土水分场光纤原位监测及非饱和渗透系数估算 被引量：7

9

作者 吴冰 朱鸿鹄 +3 位作者 曹鼎峰 王家琛 倪钰菲 施斌 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期691-699,共9页

土壤含水率和渗透系数的原位测定是研究黄土高原地区各类地质灾害机理的重点和难点。应用基于AHFO的含水率测量方法,对降雨条件下黄土地基的水分场动态分布进行原位监测;以含水率监测结果和土水特征曲线为基础改进传统瞬态剖面法,估算... 土壤含水率和渗透系数的原位测定是研究黄土高原地区各类地质灾害机理的重点和难点。应用基于AHFO的含水率测量方法,对降雨条件下黄土地基的水分场动态分布进行原位监测;以含水率监测结果和土水特征曲线为基础改进传统瞬态剖面法,估算蒸发条件下黄土的非饱和渗透系数。结果表明:①土壤中的水分运移受重力、吸力梯度和大气蒸发力的综合控制;降雨后黄土中的水分循环主要发生在浅层,降雨量较大时,土壤剖面呈现出干湿交替的现象;降雨量较小时,水分入渗到一定深度即向上部运移排泄;②改进的瞬态剖面法可以避免含水率分布函数和吸力未知所带来的计算误差,实现蒸发作用下黄土的非饱和渗透系数估算;③非饱和渗透系数计算值与平均含水率成正相关关系,但离散性较大,其误差主要来源于土壤性质的空间变异性和蒸发作用的滞后性;④该研究成果为降雨入渗模型的建立提供了精确的含水率和渗透系数,可广泛应用于黄土高原地区的原位试验研究。 展开更多

关键词 黄土 降雨入渗 水分再分布 主动加热光纤法 非饱和渗透系数

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基于神经网络的改进型土壤水分光纤感测技术研究 被引量：5

10

作者 刘喜凤 朱鸿鹄 +4 位作者 王家琛 吴冰 李杰 曹鼎峰 施斌 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1721-1729,F0003,共10页

土壤水分时空分布的精准监测对于工程地质评估、地质灾害防治具有重要意义。当土壤含水率变化梯度较大时,准分布式主动加热光纤光栅(AH-FBG)法的测量误差相对较大。为分析该工况下的误差来源及其沿深度的分布状态,设计开展了3组室内土... 土壤水分时空分布的精准监测对于工程地质评估、地质灾害防治具有重要意义。当土壤含水率变化梯度较大时,准分布式主动加热光纤光栅(AH-FBG)法的测量误差相对较大。为分析该工况下的误差来源及其沿深度的分布状态,设计开展了3组室内土柱试验,并在试验基础上提出了基于人工神经网络(ANN)的联合分析法,以改进AH-FBG水分感测技术的分析方法。研究结果表明:将AH-FBG法应用在含水率变化梯度较大的土体中,加热时传感器和土体中会产生纵向传热,其中传感器纵向传热占主导地位;该效应会降低含水率监测精度,且相关误差不能通过减少加热时间进行消减;室内试验和现场监测数据均显示,相较于传统的最大升温值法,联合分析法考虑了升温跃迁和拖滞效应,因此得到的含水率监测精度明显提高,证明了该方法的优越性。 展开更多

关键词 主动加热光纤(AHFO)法 神经网络 含水率 纵向传热 岩土工程监测

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冻融条件下路基温度场和湿度场分布式感知试验 被引量：1

11

作者 凌建明 张玉 +2 位作者 钱劲松 吴振吉 郑纯宇 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期582-591,共10页

搭建土体冻融多物理场感知室内试验装置,布设传统点式传感器和分布式光纤,对土体冻融过程中路基温度场、湿度场和变形情况开展试验监测,探究单端冻结、双端融化条件下土体温度场和湿度场的分布式感知特征,验证主动加热分布式光纤技术的... 搭建土体冻融多物理场感知室内试验装置,布设传统点式传感器和分布式光纤,对土体冻融过程中路基温度场、湿度场和变形情况开展试验监测,探究单端冻结、双端融化条件下土体温度场和湿度场的分布式感知特征,验证主动加热分布式光纤技术的监测效果。试验结果表明,-15℃单端冻结条件下,土体冻结过程按降温速率分为快速冷却、逐步降温、稳定平衡三阶段,冻结锋面逐渐下移,最大冻深约占土柱高度的35%。孔隙水受冻胀迁移力影响向冻结锋面移动,引起冻融前后土体湿度场重分布,并导致土体冻胀变形,变形量为土体最大冻深的7.8%~10.9%。分布式光纤可准确得到冻融过程中土体温度场、湿度场变化特征,识别土体内冻结区域范围,温度、湿度监测拟合优度R2分别达0.98和0.94。 展开更多

关键词 路基工程 温度场 湿度场 分布式感知 季冻区路基 主动加热光纤

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AH-FBG水流流速传感器研制与试验研究 被引量：1

12

作者 孙梦雅 施斌 +4 位作者 张婉玲 刘瑾 魏广庆 韩贺鸣 井淼 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期876-885,共10页

为了解决当前水流流速传感器易受电磁干扰、集成困难的问题,基于主动加热光纤布拉格光栅(AH-FBG)技术和热对流原理,研制了一种能够用于水流流速测量及流向初步识别的AH-FBG传感器.通过室内试验探究了该传感器用于水流流速测量和流向初... 为了解决当前水流流速传感器易受电磁干扰、集成困难的问题,基于主动加热光纤布拉格光栅(AH-FBG)技术和热对流原理,研制了一种能够用于水流流速测量及流向初步识别的AH-FBG传感器.通过室内试验探究了该传感器用于水流流速测量和流向初步识别的可行性,以及加热功率对测量结果的影响.研究结果表明:AH-FBG传感器中6个光纤布拉格光栅(FBG)的温度特征值均与水流流速呈负相关关系,温度特征值与水流流速标定公式的拟合度高达0.98,可用于水流流速计算;传感器外部2组FBG可用于初步识别水流方向,利用每组中的具有较小温度特征值的FBG识别潜在迎水区,2个潜在迎水区的交集范围即为实际流向的范围;温度特征值增量与加热功率呈线性正相关关系,在一定范围内提高加热功率能够增强AH-FBG传感器对水流速度测量和流向识别的灵敏性. 展开更多

关键词 水流流速 流向 主动加热光纤布拉格光栅法 温度特征值 加热功率

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基于AHFO技术的毛细水运移模型验证试验研究 被引量：8

13

作者 郝瑞 施斌 +3 位作者 曹鼎峰 魏广庆 张岩 梅世嘉 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期376-382,共7页

为了验证常用的描述毛细水运移模型的准确性,设计了室内模型试验,采用主动加热光纤法(简称AHFO)对砂土模型中的毛细水运移进行了测试。根据测试结果,分析了毛细水入渗模型Green-Ampt模型、Terzaghi毛细水上升模型和毛细水最大上升高度... 为了验证常用的描述毛细水运移模型的准确性,设计了室内模型试验,采用主动加热光纤法(简称AHFO)对砂土模型中的毛细水运移进行了测试。根据测试结果,分析了毛细水入渗模型Green-Ampt模型、Terzaghi毛细水上升模型和毛细水最大上升高度预测模型Lane模型、Peck模型的特点和预测精度。试验分析结果表明:对于砂性土,毛细水上升过程可以分为两个阶段,第一阶段(约前50 h),Green-Ampt模型和Terzaghi毛细水上升模型预测的毛细水上升高度值均低于实测值,Terzaghi模型拟合精度高于Green-Ampt模型;第二阶段(约50h后),Green-Ampt模型和Terzaghi模型预测值均高于实测值,且Green-Ampt模型拟合精度高于Terzaghi模型。这两个模型预测精度随时间的变化现象是与其所用的假设条件和土体物理性质变化有关。Peck模型的误差低于Lane模型,为2.60 cm,而Lane模型由于只考虑了有效粒径D10,误差高达8.58 cm。利用Green-Ampt模型可反演土的饱和渗透系数与湿润锋处基质吸力。研究成果为常用毛细水运移模型选择和误差分析提供了实测依据。 展开更多

关键词 毛细水运移模型 主动加热光纤法(AHFO) 砂土模型试验 误差分析 对比分析

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层状土毛细水上升过程中Lucas-Washburn模型评价及修正 被引量：5

14

作者 郝瑞 施斌 +2 位作者 曹鼎峰 孙梦雅 魏广庆 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期84-92,共9页

受界面效应影响,毛细水在层状土中运移规律还难以用描述均质土中水分运移规律的Lucas-Washburn(LW)渗吸模型进行描述。基于此,本文设计了层状土室内模型试验,采用分布式的主动加热光纤法(简称AHFO)监测毛细水上升过程。根据AHFO测试结果... 受界面效应影响,毛细水在层状土中运移规律还难以用描述均质土中水分运移规律的Lucas-Washburn(LW)渗吸模型进行描述。基于此,本文设计了层状土室内模型试验,采用分布式的主动加热光纤法(简称AHFO)监测毛细水上升过程。根据AHFO测试结果,进一步对LW模型进行了修正,提出了适用于描述层状土中毛细水上升规律的ILW模型,并对ILW模型进行了试验验证。试验结果表明:(1)当毛细水湿润锋抵达"黏土(下部)-砂土(上部)"界面时,会产生"毛细屏障作用",从而导致上部砂土中毛细水含水率急剧下降;(2)"毛细屏障作用"由砂土和黏土中的基质吸力不均衡造成,基质吸力大小由含水率决定;(3)当毛细水湿润锋抵达"砂土(下部)-黏土(上部)"界面时,在界面处出现"反毛细屏障作用",从而导致上部黏土层中的含水率比相邻下部砂土层含水率更高;(4)虽然常见的LW模型可准确预测均质土中毛细水上升高度及速率,但受"毛细屏障作用"和"反毛细屏障作用"影响,LW模型在层状土中失效;(5)相比LW模型,ILW模型精度更高,能够更加准确地描述层状土中毛细水上升规律。 展开更多

关键词 层状土 主动加热光纤法(AHFO) 毛细水 Lucas-Washburn渗吸模型

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滴灌下AHFO法监测砾石区土壤水分时空变异研究 被引量：1

15

作者 胡优 任瑞琪 +3 位作者 刘燕芳 李敏 何海龙 司炳成 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期257-265,共9页

为监测滴灌条件下的田间土壤水分变化,利用主动加热光纤(Active heated fiber optics,AHFO)法监测山东省砾石区地下滴灌下的土壤水分时空变异,并用时域反射技术(Time domain reflectometry,TDR)法对比其测量精度。结果表明,AHFO法与TDR... 为监测滴灌条件下的田间土壤水分变化,利用主动加热光纤(Active heated fiber optics,AHFO)法监测山东省砾石区地下滴灌下的土壤水分时空变异,并用时域反射技术(Time domain reflectometry,TDR)法对比其测量精度。结果表明,AHFO法与TDR法测得的土壤含水率具有较好的相关关系(P<0.01),AHFO法测量精度在0.025~0.038 m^(3)/m^(3)之间;由于砾石的影响,AHFO法的测量精度略有降低;采用AHFO法测得的土壤含水率对灌溉有较好的响应,说明AHFO法能够获取滴灌过程土壤水分的演变;采用AHFO法测得的土壤含水率空间分布与砾石含量具有显著相关关系(P<0.05),说明砾石含量是控制田间土壤水分的主导因素。 展开更多

关键词 土壤水分 砾石区 滴灌 主动加热光纤 分布式温度传感器 时空变异

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基于AHFO-FBG的黄土含水率不同率定方法对比分析 被引量：1

16

作者 程伟 孙梦雅 +3 位作者 徐洪兵 施斌 郭君仪 刘洁 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期1073-1083,共11页

主动加热光纤布拉格光栅法(Actively Heated Fiber-Optic method based on Fiber Bragg grating method,AHFO-FBG method)因具有体积小、测温精度高、准分布式测量、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,近年来成为含水率测量技术的研究热点。研... 主动加热光纤布拉格光栅法(Actively Heated Fiber-Optic method based on Fiber Bragg grating method,AHFO-FBG method)因具有体积小、测温精度高、准分布式测量、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,近年来成为含水率测量技术的研究热点。研究该技术的率定方法对提高含水率测量的精准性和适用性是十分关键的,但现有研究中均未涉及到此内容。因此,本文采用自主研发的AHFO-FBG传感器对黄土开展了一系列率定试验,研究了ΔT_(max)和ΔT_(cum)两种率定方法的含水率率定结果,对此两种方法进行了对比分析。同时,进一步探究了不同加热时长和不同加热功率对ΔT_(max)法和ΔT_(cum)法率定结果的影响。研究结果表明:ΔT_(max)和ΔT_(cum)法均可得到良好的含水率率定结果,ΔT_(max)法的RMSE比ΔT_(cum)法高0.001 m^(3)·m^(-3),ΔT_(cum)法的测量优势不是很显著。在相同加热功率下,ΔT_(max)法和ΔT_(cum)法均在较短加热时间下的测量误差较小,且加热时间越短,ΔT_(cum)法较ΔT_(max)法的优势越明显;在相同加热时间下,低功率(5~10 W·m^(-1))时ΔT_(max)法的RMSE较小,高功率(15~35 W·m^(-1))时ΔT_(cum)法的RMSE较小,且适当的增加热功率有助于减少含水率率定误差。研究成果为AHFO-FBG技术实现土体含水率的精确测量和进一步应用提供了依据。 展开更多

关键词 主动加热光纤布拉格光栅(AHFO-FBG)法 最大温升值法(ΔT_(max)) 累积温升值法(ΔT_(cum)) 加热时间和功率 误差分析

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分布式温度感测技术在金坛地区地层导热性能评价中的应用 被引量：5

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作者 周众钦 吴静红 +2 位作者 李一雄 徐高峰 贾立翔 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第19期7899-7908,共10页

为了确定常州市金坛地区地下热物性系数,为浅层地热能的开发提供理论依据,基于线热源理论将分布式温度感测技术(distributed temperature sensing,DTS)与现场热响应技术(thermal response test,TRT)相结合,利用分布式热响应试验(distrib... 为了确定常州市金坛地区地下热物性系数,为浅层地热能的开发提供理论依据,基于线热源理论将分布式温度感测技术(distributed temperature sensing,DTS)与现场热响应技术(thermal response test,TRT)相结合,利用分布式热响应试验(distributed thermal response test,DTRT)及主动加热光纤的热响应试验(active heating optical fiber thermal response test,ATRT),对该地区不同深度地层的导热系数进行了监测计算和分析评价,并比较了不同技术的监测结果。试验结果表明:基于DTS技术的DTRT相比于传统TRT,可以实现各土层导热系数的分布式测试;ATRT计算得出的各层导热系数分布趋势与DTRT趋势大体相同,证明了将ATRT应用到导热系数的测试中的可行性。并且,相比TRT和DTRT,ATRT耗时更短耗能更低的优势,这也使得ATRT技术在地温场监测中具有较大的潜力。 展开更多

关键词 钻孔热响应试验 分布式温度感测技术 主动加热光纤方法 土体导热系数

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