Determination of Water Colltent in Clayey Red Soil Using Techniques Based on Measurement of Dielectric Constant

Two time-domain reflectometry (TDR) systems and a new impedance measuring instrument, Thetaprobe,which are based on determination of soil dielectric constant, were used to measure water content of clayeyred soil to eraluate the accuracy of these instruments. The results indicated that these instruments shouldbe carefUlly re-calibrated before being applied in clayey red soil. With a new calibration curve fed into one ofthe TDR systems tested, nase system, the measured data compared well with tho8e by standard oven-dryingmethod.

低成本TDR设备土壤含水率试验研究

因为土体含水量会影响土体的物理特性,土壤含水率监测成为了岩土工程中一项重要的内容。目前市场上常用的TDR监测设备价格昂贵,且操作繁杂。文中根据时域反射技术原理(Time Domain Reflectometry,TDR)提出了低成本TDR设备土壤含水率集成监测技术。文中先是自主设计TDR元件,以降低工艺制造成本。然后编写MATLAB1.0分析软件进行数据自动分析。最后通过探针长度测量试验和土壤含水量测量试验,为TDR在土壤含水量测量方面的应用提供了参考。

TDR测定土壤含水量的标定研究

探讨了TDR测定土壤含水量的原理,并对黑河上游阿柔试验样地取土样进行了土壤体积含水量测定的室内标定试验,得出相关性较好的TDR测定土壤体积含水量的关系式.结果表明:通过室内土样回填建立的TDR测定的体积含水量与土壤实际含水量相关性很好,可以利用TDR精确的测定土壤含水量,为黑河遥感项目提供精确的地面土壤水分数据,为遥感反演和验证提供基础数据.所得到的标定结果对于具有相同土质的黑河中游土壤具有参考价值.

TDR联合监测土体含水量和干密度的传感器的设计及应用

土体含水量和干密度是岩土工程中的重要参数,现有测试方法周期长,扰动大,且无法实时进行多点自动化监测。从电磁学理论及时域反射测量(TDR)法出发,系统分析TDR传感器类型、材料及尺寸对测试精度的影响。针对现有商业化传感器的缺点,设计一种整体性强、性能可靠、价格低廉的传感器。通过专门设计的大型模型试验,对该传感器在大型工程中的应用效果进行研究与验证。结果表明,该传感器既能在现场快速测试土体质量含水量和干密度,又能长期实时监测二者在土体不同深度的变化情况,且准确度高,是岩土工程施工阶段质量控制及使用阶段安全监测的一种有效工具。

采用TDR水分计研究非饱和黄土入渗及自重湿陷变形规律

通过在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行大规模原位浸水试验,在浸水坑的不同位置和深度埋设TDR水分计,对水在竖向和水平向的入渗运移规律进行实测,研究黄土在地面浸水后的入渗规律与自重湿陷变形规律及其相互关系。研究表明:(1)水在土体中的入渗规律是水沿大孔隙先向下入渗,然后再渗透扩大饱和区的运移过程;(2)在水分的入渗过程中,深度22.5～25.0 m以上土体发生自重湿陷变形,以下土体含水量增加缓慢,达不到湿陷起始含水量,没有发生自重湿陷变形,因此,可考虑22.5～25.0 m作为现场湿陷性评价的临界深度,另外该深度可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时的参考地基处理下限深度;(3)由TDR水分计得出的体积含水率变化曲线不仅可以用来测量体积含水率的时空变化,而且可以用来判定黄土是否发生湿陷变形以及湿陷敏感性和湿陷系数随深度的变化规律,也可粗略计算水在非饱和黄土中的扩散速度。

TDR研制与应用方面的若干进展

通过分析近年来国内外关于TDR的文献,总结了TDR研制与应用方面的若干新进展,概括了在使用TDR时应注意的几个问题。结果表明,线圈型TDR探针可很好地解决TDR探针在物理长度上的限制;多功能TDR探针可用来同时测定含水量与基质势、含水量与土壤热学性质、含水量与盐度和温度。当温度在5～45℃之间变化时随着温度的升高,TDR在沙壤土中测定的土壤含水量降低,而在粘壤土和有机质含量高的土壤测定的土壤含水量值升高。TDR探针应以合适的角度插入土壤,同时尽量避免摇摆、两探针不平行插入等误操作。

土体含水率TDR测试技术的影响因素分析

为掌握时域反射法（TDR）技术测试标准砂含水率的适用性,采用TRIME-IT系列TDR水分传感器对室内小型砂箱模型进行了标定试验,分析了含水率和干密度对TDR传感器稳定性与准确性影响机制。试验表明：TDR传感器测定质量含水率为5%-15%、干密度在1.40-1.60 g/cm^3范围内变化的松散—密实砂样时,经检验在显著性水平α=0.05下稳定性良好;测定质量含水率为2.5%-17.5%的中密砂样与质量含水率为10%的松散—密实砂样时,TDR法测试准确性满足规范要求;密实度对TDR测试影响呈正相关性,据此提出了TDR法测定含水率的密实度修正系数。

土壤水分时域反射仪(TDR)自制探头的校正与应用

根据TDR工作原理制作了TDR探头,并对其进行了室内标定,结果表明,介电常数的平方根(Ka)与体积含水量(,θ%)有良好的线性相关(R2=0.995)。并在田间与中子仪测定结果进行了对比,结果表明,平均绝对偏差为0.17%,平均相对偏差为8.58%,说明TDR自制探头可以在黄土高原地区推广应用。

饱和粉土含水量及孔隙比TDR原位测试研究

为克服岩土工程勘察中饱和粉土的取样和送样过程中产生的震动及水分损失对其原始含水量及孔隙比的影响,通过建立土体介电常数与孔隙比及含水量的关系,采用TDR测试方法,实现对不同深度饱和粉土的含水量及孔隙比的原位测试。经与室内土工试验结果相比较,表明TDR方法测试结果可靠,且测试速度快、对土层扰动小,是一种值得推广的原位测试手段。

基于TDR技术的水分测量系统量测膨胀土含水量偏差分析

针对某基于TDR技术的水分测量系统量测膨胀土路堑边坡体积含水量偏离真值这一现象,对岩土的电磁特性、TDR技术量测原理和膨胀土的结构特征进行了研究。通过介电常数与多种类型土的含水量间的对应关系,可以得到介电常数与土体含水量之间有直接的密切关系,进而测量介电常数可以表征土体含水量。结果表明:相对于普通粘土而言,膨胀土粘粒含量和密度的增加引起电磁波传播过程中介电常数的变化,从而引起体积含水量增大;某基于TDR技术的水分测量系统在出厂前标定时采用的是石英砂材料,与膨胀土的颗粒粒径相差很大,产生量测偏差。

时域反射仪(TDR)测定土壤含水量标定曲线评价与方案推荐

时域反射仪(Time Domain Reflectometry)可用于室内和田间快速、准确、自动测定土壤含水量,是目前应用最广泛的土壤含水量测定方法之一。适宜的土壤含水量标定曲线(即土壤表观介电常数和土壤含水量之间的关系)是TDR准确测定土壤含水量的关键。目前文献中存在大量的土壤含水量标定曲线,但尚未有研究对这些标定曲线进行系统的验证和分析评价。因此,它们的准确性和适用范围尚不明晰,严重影响到与土壤含水量测定相关的研究。通过查阅大量国内外文献,收集整理了一系列土壤含水量标定曲线的经验公式(19个)和半经验半物理模型(5个),并利用大量的文献实测数据对其进行综合评价。同时运用均方根差(RMSE),平均误差(AD),纳什效率系数(NSE)等三个指标对比分析和评价这些标定曲线的准确性和可靠性。研究结果表明:经验公式中Topp、Roth(1992)2、Jacobosen、Yoshikawa2、Alharathi模型和半经验模型中Malicki1公式及其修订模型综合性能较好。研究成果可为利用TDR准确测定土壤含水量及土壤含水量标定曲线的选择提供参考和指导。

面向管线监测的分布式光纤传感土壤传热研究

现存的管道泄漏监测技术空间分辨率有限,且常规的光纤布置方式难以达到所要求的分辨率。基于此,针对油气管线监测布线问题,在一维平铺式线监测的基础上,提出了正弦式表面监测的光纤铺设方式。以高空间分辨率的光频域反射分布式光纤传感技术为辅助手段,验证了正弦式光纤铺设方法的优越性,其能够全面地反映土壤整个面的温度分布,监测范围变广,漏检可能性降低。采用变量法分析了土壤容重、土壤含水率与土壤导热系数之间的关系以及热源温度对土壤传热的影响,验证了光频域反射分布式光纤传感技术能够精确地监测土壤温度场,并利用土壤温度场的变化规律为其他分布式测温技术在埋地光纤布置时提供指导。

基于探地雷达波振幅包络平均值确定土壤含水率

为了评估探地雷达探测地表土壤含水率的准确性,该研究使用雷达波振幅包络平均值(average envelope amplitude,AEA)方法在室内对含水率为0.05、0.15及0.25 cm3/cm3的砂质土壤进行了探测,并与时域反射仪(time domain reflectometry,TDR)所得土壤含水率进行了对比。结果表明,在实验室内,在0.05、0.15及0.25 cm3/cm3的土壤含水率条件下,使用AEA方法探测所得土壤含水率均比TDR所得含水率大,均方根误差分别为0.026、0.015及0.01 cm3/cm3,这3个含水率条件下,AEA方法探测土壤水分的有效深度分别为0.9、0.6和0.3 m。利用AEA方法在野外进行地表含水率探测,并与TDR和钻孔取样探测的地表含水率进行对比。野外探测结果表明,AEA方法所得含水率与TDR探测所得含水率的均方根误差为0.020 cm3/cm3,与取样实测所得含水率的均方根误差为0.031 cm3/cm3,使用AEA方法能够得到与TDR及钻孔取样精度相近的土壤含水率分布图。研究表明利用探地雷达AEA方法在探测浅部地层土壤含水率是可行的。

时域反射法测量膨胀土含水量试验研究

通过对探管式TDR仪现场测量膨胀土含水量误差来源的分析,认为膨胀土的黏性以及土体收缩时产生的土与管壁之间的间隙是主要影响因素。在此基础上设计了3种类型的室内试验进行定量分析。试验结果表明:由于膨胀土的黏性大,土中结合水含量高、介电常数小,因此TDR仪测得的体积含水量θ比烘干法得到的θw低,但两者之间具有良好的对应关系,可通过线性拟合获得满意的标定效果;由土体收缩产生的间隙分为环管壁间隙和径向间隙两种,环管壁间隙对含水量测量影响较大,只要存在1mm的间隙,可导致低估40%的体积含水量,且误差随含水量的增加而增大,而径向间隙对测量结果影响较小,在试验尺寸范围内,最大误差不超过5%,产生这种结果的原因是TDR探头测量敏感度随测量距离增大而迅速衰减。最后通过现场实测数据对试验结果进行验证并提出改进措施。

时域反射仪与中子仪测定土壤含水量标定试验研究

探讨了时域反射仪和中子仪测定土壤含水量的原理,并在禹城试验站对各自适宜的标定方法进行了试验。标定试验结果表明:时域反射仪和中子仪都应该用桶内标定法;时域反射仪可以不分层标定,而中子仪可以分三段标定。

应用时域反射仪测定农田土壤水分

介绍了时域反射仪（ＴＤＲ）测定农田土壤水分的方法及其应用，包括测定农田根系层土壤含水量和一定深度范围内土体贮水量，ＴＤＲ自动、连续监测土壤水分，用ＴＤＲ实测土壤水分来估算作物不同生长发育期内农田实际蒸散量以及用于探讨农田水分空间变异性。还对ＴＤＲ、中子仪和土钻法测定的土壤含水量进行了比较，结果表明，应用ＴＤＲ测定农田土壤水分要优于中子仪和土钻法。

便携式土壤水分测试系统设计

土壤水分含量不仅对农作物生长有较大的影响,而且对越野车辆地面通过性也有重要的影响。设计了一种基于时域反射法的土壤含水量测试系统。通过直接数字频率合成器(DDS)产生电磁波测试其介电常数;然后利用介电常数-含水量经验模型得出土壤含水量。系统还配备了GPS接收系统,能记录每次测量的经纬度坐标,并且根据经纬度地名对照表在记录中存储相应的地名。系统通过扩展存储容量使测试记录数可达上万条,并且能通过串口把数据上传到计算机中进行进一步处理。该测试系统具有便携、快速、原位测量的特点,便于构建时空尺度的土壤含水量演变立体分布图,为车辆地面通过性判断提高依据。

时域反射仪的测量精度及其与中子仪的对比

野外和室内试验表明，用６０５０Ⅺ型时域反射仪（ＴＤＲ）测定土壤含水率与中子仪法相比，速度快，精度高；还发现随着导棒长度的增大，ＴＤＲ与烘干法测定结果的偏差有所增大。

时域反射仪测定高含盐土壤盐分研究

采用室内试验的方法,通过使用时域反射仪(TDR100)测定不同含盐量及不同含水率土样的电导值,与采用电导率仪测定的土壤溶液电导值及烘干法测得的含水率值进行比较。结果表明,它们之间存在显著的线性关系。并根据测定结果得到标定公式,提出使用TDR测定高含盐量土壤含盐量的方法。试验结果可为河套灌区野外测定土壤含盐量提供参考。

6050X1型时域反射仪的测定原理与灵敏性

介绍了６０５０Ｘ１型时域反射仪（ＴＤＲ）的基本结构和测定土壤含水率的原理，通过试验分析了它对导棒材料性质及导棒长度的灵敏性。结果表明，用铜和不锈钢做波导棒效果基本一致，导棒实际长度与输入长度的微小偏差对含水率的测量结果影响很小。