Paskirstytojo optinio pluošto stebėjimo ir ankstyvo sauso grunto susitraukimo ir įtrūkimų nustatymo technologijos tyrimai

Apžvalga

Vidinio deformacijų lauko vystymosi taisyklių įsisavinimas, kai susidaro sausieji susitraukimo plyšiai dirvožemyje, yra svarbi prielaida tiriant sausųjų susitraukimo plyšių susidarymo dirvožemyje mechanizmą. Tačiau įprastiniais stebėjimo metodais negalima gauti vidinio grunto deformacijos charakteristikų ir negalima patenkinti dirvožemio sauso susitraukimo reikalavimų. Reikalavimai įtrūkimų tyrimams. Tang Chaosheng tyrinėtojų grupė pasiūlė naują metodą, skirtą patobulintam dirvožemio džiūvimo susitraukimo ir įtrūkimo procesui stebėti, pagrįstą paskirstyto optinio pluošto jutimo technologija (DFOS-OFDR), ir nustatė, kad DFOS-OFDR tardymo prietaisas (OSI-S) gali tiksliai gauti dirvožemį. džiovinimo ir įtrūkimo procesas. Įtempimo lauko erdvinės ir laiko raidos charakteristikos susitraukimo plyšių susidarymo metu gali būti tiksliai išdėstytos, o įtrūkimų susidarymą galima pajusti iš anksto.

Testavimo procesas

Atgautas molio dirvožemis buvo išdžiovintas ore, sumaltas ir perpilamas per 2 mm sietą. Tada dirvožemis sumaišomas su atitinkamu kiekiu vandens, kad būtų pasiektas tikslinis maždaug 69 % (1,9 karto didesnis už skysčių ribą) paruošto naudoti purvo drėgnis. Tada purvas 5 minutes vibruojamas ant vibruojančio stalo, kad būtų pašalinti visi oro burbuliukai, o tada vienas po kito pilamas į 500 mm ilgio, 50 mm pločio ir 50 mm aukščio organinio stiklo formą. Įtempiant optinį kabelį pirmiausia reikia įpilti 800 g suspensijos (20 mm aukščio) į organinio stiklo formą ir vibruoti, kad paviršius būtų lygus. Įtempimo optinis kabelis uždedamas ant suspensijos, o tada 400 g likusios suspensijos (10 mm aukščio) supilama į formą ir atliekama. Vibruokite, kad pašalintumėte oro burbuliukus. Verta paminėti, kad du optinio kabelio galai grunto mėginyje nėra fiksuoti ir gali laisvai nusistovėti, kai gruntas traukiasi. Įtempimo optinis kabelis yra visiškai prijungtas prie DFOS-OFDR demoduliatoriaus. Bandymui naudojamo stebėjimo įrenginio schema parodyta 1 paveiksle. Džiovinimo bandymas atliekamas kambario temperatūroje 30±1 laipsnis. Siekiant geriau užfiksuoti dirvožemio įtrūkimų atsiradimą ir vystymąsi džiovinimo proceso metu, skaitmeninė kamera buvo naudojama didelės raiškos vaizdams fiksuoti kas 5 minutes, tokiu pat dažniu kaip ir DFOS-OFDR tardymo prietaiso (OSI-S) mėginių ėmimas.

1 pav. Bandymo įrenginio schema

Testo rezultatai

Deformacijos kreivės raida su džiovinimo laiku

A paveiksle parodyta deformacijos kreivės erdvėlaikinė raida nuo 0 min iki 5500 min. džiovinimo. Vykstant džiovinimui, deformacijų pasiskirstymo kreivė palaipsniui keičiasi iš nedeformuotos būsenos į bendrą suspaustą būseną, o tai reiškia, kad mėginys turi tendenciją trauktis dėl vandens praradimo, taip suspaudžiant vidinį optinį kabelį. Paveiksle yra dvi akivaizdžios suspaudimo sritys (A1 ir A2), kuriose deformacijos smailės svyruoja nuo -250 με iki -3000 με (A1) ir -500 με iki -10000 με (A2). Vandens garavimas mėginyje prasideda nuo dirvožemio paviršiaus. Garavimo procesui tęsiantis, porose tarp dirvožemio dalelių pradeda formuotis vandens-oro meniskai, dėl to didėja kapiliarinis įsiurbimas ir kaupiasi tempimo įtempis. Kai susikaupęs tempiamasis įtempis viršija dirvožemio tempimo stiprumą, dirvoje atsiras susitraukimo įtrūkimai. Atsiradus pirmam plyšiui (4930 min.), atsiranda tempimo deformacija, o gniuždymo deformacija toliau mažėja, o tai reiškia, kad, kai gruntas įtrūks, padidėjus įtrūkimo plotiui padidės optinio kabelio tempimo įtempis ir susidarys atitinkama tempimo deformacija.

2 pav. Dirvožemio įtrūkimų morfologijos raida ir deformacijos kreivės erdvinė ir laiko raida džiovinimo proceso metu nuo 0 iki 5500 min.

Kaip parodyta b paveiksle, deformacijų kreivėje yra 4 deformacijų smailės ties 0,29 m, 0,36 m, 0,20m ir 0,10 m, kurios visiškai atitinka 4 plyšių padėtį. 1, 2, 3 ir 4 plyšių deformacijos smailės po 5500 min. yra atitinkamai 8457,11 με, 3552,48 με, -719,67 με ir -736,39 με. Atitinkami plyšių pločiai yra atitinkamai 6,41 mm, 6,61 mm, 4,45 mm ir 4,54 mm. Aiškiai matyti, kad platesni įtrūkimai dažniausiai atitinka didesnes tempimo deformacijas.

Ankstyvas sausų susitraukimo įtrūkimų nustatymas dirvožemyje

Ankstesniame skyriuje gauti rezultatai rodo, kad DFOS-OFDR technologija gali tiksliai nustatyti įtrūkimo vietą. Siekiant patikrinti, ar siūloma technologija gali anksti nustatyti grunto džiūvimo susitraukimo plyšių atsiradimo vietą, buvo tiriami keturių plyšių pločio pokyčiai ir jų deformacijų būsenos su džiūvimo trukme. Optinio kabelio įtempimo būsenos raida gali ne tik atspindėti dirvožemio susitraukimą prieš sausą susitraukimo įtrūkimą, bet ir atspindėti visą dirvožemio plyšio plėtimosi procesą.

Siekiant toliau įvertinti, ar DFOS-OFDR technologija gali iš anksto numatyti dirvožemio džiūvimo susitraukimą, šiame tyrime buvo pasiūlyti trys parametrai: Tm (laikas, kai DFOS-OFDR nustato dirvožemio įtrūkimą), Tc (gautas stebint plika akimi arba skaitmeniniu vaizdu. apdorojimo technologija) dirvožemio įtrūkimo laikas) ir ΔTp (iš anksto numatomas laiko intervalas, apibrėžiamas kaip skirtumas tarp Tm ir Tc).

3 paveiksle pavaizduoti plyšio pločio ir deformacijos būklės pokyčiai su džiūvimo trukme. Pirmasis įtrūkimas (1 įtrūkimas) pasirodė 4955 minutes, o DFOS-OFDR jau aptiko plyšių atsiradimą 4930 minučių, o tai rodo, kad DFOS-OFDR technologija gali aptikti dirvožemio džiūvimo susitraukimo įtrūkimus maždaug prieš 25 minutes. Panašiai 2, 3 ir 4 plyšiams atitinkamos ΔTp vertės yra atitinkamai 55, 40 ir 40 min. DFOS-OFDR demoduliatoriaus (OSI-S) tikslumas gali siekti 1 με. Toks didelis tikslumas leidžia DFOS-OFDR tiksliai aptikti bet kokias mažas deformacijas dirvožemio viduje, todėl galima anksti aptikti dirvožemio įtrūkimus. Kiekvieno plyšio atveju DFOS-OFDR technologijos prognozuojamas įtrūkimų susidarymo laikas yra skirtingas. Taip yra todėl, kad nors bandyme buvo naudojamas gana vienodas purvas, purvas negali būti visiškai vienodas, o tai turės įtakos optinių kabelių pasiskirstymui dirvožemyje. Tai turi įtakos ankstyvo aptikimo laikui.

3 pav. Įtrūkimo pločio ir įtrūkimo padėties deformacijos būsenos ryšys

Eksperimentiniai rezultatai

DFOS-OFDR technologija gali būti naudojama stebėti sausų susitraukimo įtrūkimų atsiradimą dirvos paviršiuje ir viduje. DFOS-OFDR gauta deformacijų pasiskirstymo kreivė gali tiksliai užfiksuoti dirvožemio susitraukimo charakteristikas ir įtrūkimų atsiradimo vietas bei gauti ryšį tarp įtrūkimo pločio ir atitinkamos deformacijos būsenos su džiovinimo laiku, o tai gali padėti anksti nustatyti įtrūkimų vietą. . Palyginti su tradiciniais diskrečiųjų deformacijų stebėjimo metodais, DFOS-OFDR yra paskirstyta, neardanti, tiksli, efektyvi ir didelės skiriamosios gebos dirvožemio džiovinimo susitraukimo įtrūkimų stebėjimo ir ankstyvo aptikimo technologija. Jis naudojamas tiriant dirvožemio paviršiaus ir vidinius sauso susitraukimo įtrūkimus. Teikti patikimą duomenų palaikymą.