[發(fā)明專利]一種裂隙土體表面優(yōu)勢流定量測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111330745.0
• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN114113204B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐朝生;楊戰(zhàn)鳴;程青;厲林;林宗澤
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)（蘇州）高新技術(shù)研究院;南京大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N15/08
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務(wù)所 32346
• 代理人: 王玉姣;陳彬

本發(fā)明公開了一種裂隙土體表面優(yōu)勢流定量測試方法——紅外測優(yōu)勢流，屬于巖土監(jiān)測領(lǐng)域。裂隙土體表面優(yōu)勢流包括裂隙中的純水流與裂隙附近的土孔隙水流；方法包括首先建立土體表面含水率與界面溫差的關(guān)系曲線，所述界面溫差為環(huán)境溫度與土體表面溫度間的溫度差；根據(jù)關(guān)系曲線確定所述土孔隙水流對應(yīng)的界面特征溫差；之后通過實(shí)測界面溫差根據(jù)關(guān)系曲線反演含水率，通過含水率計(jì)算土孔隙水流，并將其與純水流加和得到裂隙土體表面優(yōu)勢流流量。本發(fā)明能夠定量測定含裂隙土體表面裂隙優(yōu)勢流，具有測量速度快、測量結(jié)果直觀、探測面積大以及易于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的數(shù)字化無損檢測技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土監(jiān)測領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于紅外熱成像技術(shù)的裂隙土體表面優(yōu)勢流定量測試方法。

背景技術(shù)

自然界的土層中，由于植物根系的伸展與腐爛，動物的活動，化學(xué)風(fēng)化溶蝕，以及周圍環(huán)境變化導(dǎo)致的土體凍融交替、干濕變化等原因在土層中形成一系列大孔隙，這些大孔隙相互連通就形成了大孔隙網(wǎng)絡(luò)，為土中水分及溶質(zhì)的運(yùn)移提供了快速通道，土中的水分及溶質(zhì)在大孔隙網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)先快速流走，而較少與周圍土壤基質(zhì)發(fā)生相互作用的過程被稱為優(yōu)勢流。

在干旱氣候作用下，自然界的土體會因失水收縮而產(chǎn)生開裂，并在表面發(fā)育縱橫交錯的裂隙網(wǎng)絡(luò)，即人們所熟悉的龜裂現(xiàn)象。裂隙的產(chǎn)生破壞了土體的完整性，增大了土體內(nèi)部孔隙，弱化了土體的持水能力。裂隙的存在及其特性是影響含裂隙土體工程性質(zhì)的關(guān)鍵因素，也是造成含裂隙土質(zhì)邊坡工程問題的內(nèi)在原因。在降雨條件下，雨水通過裂隙優(yōu)勢流快速入滲到土體內(nèi)部，導(dǎo)致力學(xué)性質(zhì)劣化，從而誘發(fā)一系列工程地質(zhì)災(zāi)害，如滑坡和泥石流等。

目前用于優(yōu)勢流分析的現(xiàn)代技術(shù)主要有染色劑失蹤技術(shù)、土壤導(dǎo)水率測量以及X射線CT掃描技術(shù)等，結(jié)合時(shí)域反射儀以及探地雷達(dá)等現(xiàn)代化設(shè)備。但大多數(shù)研究方法還處在定性描述階段，且多數(shù)方法聚焦于土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)引發(fā)的優(yōu)勢流及優(yōu)勢流運(yùn)移過程和路徑，對于土體由于干燥引起的表面裂隙優(yōu)勢流定量化描述尚缺少一種有效的定量監(jiān)測手段。有學(xué)者利用數(shù)碼攝像機(jī)對土體表面裂隙優(yōu)勢流進(jìn)行監(jiān)測，該種方法主要利用高含水率土體與低含水率土體間的色差進(jìn)行觀測，定性得到表面裂隙優(yōu)勢流的擴(kuò)散速度和影響范圍，但定量化監(jiān)測土體表面優(yōu)勢流對工程上進(jìn)行全面的邊坡穩(wěn)定性評價(jià)是必不可少的。

發(fā)明內(nèi)容

1.要解決的問題

自然界一切表面溫度在絕對零度(-273.15℃)以上的物體，都會源源不斷地向外界輻射電磁波。當(dāng)該物體的表面溫度發(fā)生變化時(shí)，電磁波的輻射強(qiáng)度與波長分布特性也會隨之改變。波長介于2μm～1000μm的電磁波被稱為熱紅外線，當(dāng)其在大氣中傳輸時(shí)，會受到大氣組成物質(zhì)的吸收，強(qiáng)度明顯下降，僅在3μm～5μm及8μm～12μm兩個波段有較好的穿透率。紅外成像設(shè)備通過捕獲這兩個波段的熱紅外線進(jìn)行即時(shí)演算，即可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的表面溫度場反演。

針對現(xiàn)有裂隙土體表面優(yōu)勢流流量定量化監(jiān)測困難的問題，本發(fā)明提供一種基于紅外熱成像技術(shù)的裂隙土體表面優(yōu)勢流定量測試方法。該方法通過在相同的環(huán)境溫度中，標(biāo)定某特定干密度下的土體含水率與界面溫差的關(guān)系及純水界面溫差，定量得到裂隙土體表面優(yōu)勢流流量。進(jìn)一步地，通過紅外熱成像儀測定界面溫差，能夠無接觸、可視化、便捷且精確地獲取土體表面的溫度分布，輔助實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢流的測定。

2.技術(shù)方案

為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種裂隙土體表面優(yōu)勢流定量測試方法，所述裂隙土體表面優(yōu)勢流包括裂隙中的純水流與裂隙附近的土孔隙水流；方法包括以下步驟：

1)建立土體表面含水率與界面溫差的關(guān)系曲線，所述界面溫差為環(huán)境溫度與土體表面溫度間的溫度差；

根據(jù)關(guān)系曲線確定所述土孔隙水流對應(yīng)的界面特征溫差；

同時(shí)測定上述環(huán)境溫度下的純水界面溫差，所述純水界面溫差為環(huán)境溫度與純水表面溫度間的溫度差；