近红外光谱的北方寒地土壤含水率预测模型研究

我国北方寒地温差大,土壤温差对近红外光谱测量土壤墒情有较大影响。针对这一问题,以北方寒地土壤为研究对象,探究大范围温度胁迫下（-20～40 ℃）土壤的近红外光谱与土壤不同含水率之间的关系预测模型方法。选取黑龙江八一农垦大学农学院试验基地中的黑土,经烘干、过筛等操作处理后配置含水率范围在15%～50%内八种不同湿度的土壤样品,建立北方寒地土壤大范围温度胁迫下土壤的近红外光谱信息与含水率之间的定量预测模型。在全波段光谱数据的基础上,结合五种不同光谱信号预处理方法,采用BP神经网络算法、优化支持向量机算法（SVM）、高斯过程算法（GP）三种智能算法建立北方寒地土壤近红外光谱与含水率的预测模型并验证模型的效果。利用69组数据进行训练建模, BP神经网络相关参数设置为学习速率0.05,最大训练次数设置为5 000,隐层单元数确定为20;SVM采用径向基函数,并利用leave-one-out cross validation确定了最佳惩罚参数为0.87,使模型预测的准确性提高;高斯过程算法内部采用马顿核。模型的定量评估采用决定系数(R2)和均方根误差（RMSE）。结果表明,在建立的全部BP神经网络模型中,效果最佳的为S_G-BP神经网络模型,模型的R2为0.960 9,RMSE为2.379 7;在SVM模型中SNV-SVM模型的效果最好,模型的R2为0.991 1,RMSE为1.081 5;在GP模型中S_G-GP模型的效果最好,模型的R2为0.928,RMSE为3.258 1,综上基于SNV预处理的SVM模型训练效果最优。利用剩余的35组光谱数据作为预测集验证模型性能,经模型对比分析发现基于SVM算法的预测模型效果优于其他两种算法,其中基于S_G的SVM模型效果最优,其预测模型的R2和差RMSE分别为0.992 1和0.736 9。综合建模集与预测集的参数最终确定基于S_G的SVM模型为最佳模型。此模型可以作为大范围温度胁迫条件下（寒地）的土壤含水率有效预测方法,为设计优化适宜寒地便携式近红外土壤含水率快速测量仪提供科学依据。     

基于静电耦合电容传感器的颗粒流动速度测量

建立了基于非接触圆环状静电耦合电容传感器的颗粒流动速度测量系统,并对稀相气力输送过程中不同含水率的颗粒进行了流动速度测量实验研究。结果表明：颗粒含水率严重影响静电与电容信号强度;颗粒流动过程中的低速聚团几乎不影响静电互相关速度测量结果,但会使得电容信号互相关速度偏离颗粒流动主流平均速度;通过对电容信号进行加窗处理可以准确提取颗粒流动过程中的主流平均速度和聚团速度。     

软土地区人工冻土无侧限瞬时抗压强度的试验研究

冻结法施工在上海隧道建设中(如隧道旁通道、地下泵房等的设计与施工)得到广泛应用,也曾引发过严重的地质灾害(如上海地铁4号线外滩段的地质灾害)。因此安全、经济、合理地将冻结法用于上海软土地区隧道建设中已经成为上海工程建设中的一个重要的研究课题。本文以上海复兴东路越江隧道旁通道冻结法施工中遇到的第⑥层粉质粘土及第⑦层粉细砂为研究对象,针对设计冻结壁重要强度参数无侧限瞬时抗压强度,进行了室内试验研究,揭示了两种土的冻结强度随温度的变化关系,同时研究了粉细砂的冻结强度随含水率的变化规律。     

水-岩作用对岩石抗压强度效应及形貌指标的实验研究

通过测定金川岩样的含水率以及水对岩石抗压强度,采用精度高达0.5μm的Talysurf CLI2000三维表面激光形貌仪,对经过矿井深部地下水作用前后的四种不同岩性的岩石试件进行形貌扫描,结合八个形貌参数作出定量分析对比。实验表明:矿岩遇水软化,岩石抗压强度降低,破坏时不属于脆性破坏,其原因可能就在于由于其中的粘土矿物吸水,当受力压缩时,水受压排出产生压密现象。水-岩作用后岩石表面形貌高度的离散性、粗糙程度变大,高度的分布概率更为集中,由负偏态变为正偏态且高度分布的对称性好于作用前。峰点算术平均曲度Ssc都有规律地降至0.62附近,更具协调性。     

白桦材断裂韧度的各向异性性质

木材可视为正交各向异性材料，表征木材抵抗裂纹扩展能力的断裂韧度硒。是木材的基本力学性质之一，它具有明显的各向异性．对白桦材试样断裂韧度硒。测试结果表明，LT试样的断裂韧度明显高于TL，TR试样的断裂韧度，TL和TR试样的断裂韧度相接近．无论哪种试样类型，起裂均发生在裂纹尖端．TL，TR试样裂纹扩展方向与原裂纹初始方向一致，LT试样与前两不同，裂纹沿着几乎平行于纤维的方向扩展．并且含水率对各个方向木材断裂韧度的影响趋势是一致的．     

坝前淤泥土与新填坝体接触面抗剪强度试验研究及工程应用

坝前淤泥面与新填筑坝体接触面是"坝前淤泥面加坝"技术的薄弱环节.为了探究不同工况下淤泥坝基、新填筑坝体,以及淤泥土-新填土接触面的剪切强度特性,以宁夏南部山区西吉县南川水库坝前淤泥面加坝工程为研究对象,通过常规应变式直剪仪、改进常规应变式直剪仪分别进行剪切试验,分析了淤泥土含水率和压实度变化时,淤泥土、新填土、淤泥土-...     

水平油水两相流流型对阻抗式含水率计的影响研究

实验研究了水平条件下20mm管径油水两相流的流动特性对阻抗式含水率计测量的影响.首先利用阻抗式含水率计测量不同含水率和流量条件下的混合物电阻率,并使用高速摄像记录对应的流型特征,进而分析流型对测量值的影响.通过对低、高流量分别采用电学和流体动力学模型分析后发现:低流量下混合物电阻率的主要影响因素是油水两相之间的速度滑脱,采用双流体动力学模型能有效地反映其变化规律.而高流量下(水包油分散流时)速度滑脱很小可以忽略,油水两相的空间结构对混合物电阻率的影响是问题的关键.近似绝缘的油滴分散在导电的水中形成的含孔导体电阻率高于实心导体,适用的电学模型是Maxwell电阻率模型.     

不同含水率下岩石材料的能量与损伤演化特征

为研究含水率对硬岩材料的力学性质和能量损伤的影响规律,对不同含水状态的砂岩开展了单轴压缩试验。结果表明：砂岩试样的峰值应力、弹性模量和脆性指数随着含水率的增大而减小,峰值应变随着含水率的增大而增大;在干燥状态下,砂岩试样在破坏之前未发生明显的塑性变形,表现出显著的脆性破坏,而在饱水状态下,砂岩试样在峰前阶段出现显著的塑性变形,破坏前出现屈服平台;砂岩试样的含水率越大,吸能能力越强,能量吸收率越小,但是能量耗散越显著;砂岩试样的含水率越小,破坏时其损伤变量越大,在干燥状态下砂岩试样的破坏具有较强的冲击倾向性。研究结果可为深部地下工程围岩的稳定性控制提供理论参考。     

含水状态下油页岩非线性损伤蠕变特性研究

为研究水对油页岩蠕变规律的影响,以不同含水状态下油页岩三轴压缩蠕变实验数据为依据,对水作用下油页岩蠕变3个阶段各自的力学特征进行了分析。作者认为,在衰减蠕变和稳态蠕变阶段岩石内部损伤程度较小;当岩石处于加速蠕变阶段时,岩石内部不断产生损伤,呈现出明显非线性特征,同时水作用进一步加剧了岩石蠕变损伤程度。本文将非线性损伤演化方程引入到改进的Burgers模型中,将含水率变化引起的蠕变参数的变化引入到方程中,建立了不同含水率下油页岩非线性损伤蠕变模型。采用非线性最小二乘法反演蠕变参数,将蠕变方程计算结果与实验结果进行拟合,效果良好。     

砂砾岩油藏渗透系数研究

为了掌握砂砾岩油藏渗流规律,基于砂砾岩中砾和砂含量及其排列方式不同,开展了理论和实验研究。把砂砾岩孔隙度和渗透率设为砾、砂含量的函数,再基于Kozeny-Carman方程建立渗透率与孔隙度和颗粒粒径的函数关系。研究表明,砂砾岩组成及颗粒排列方式是控制砂砾岩渗透系数的主要因素,砂砾岩渗透率与孔隙度为一种线性关系。水驱油实验进一步表明,束缚水饱和度依赖于砂、砾含量,含水上升快,揭示了砂砾岩油藏特有的渗流特点。