土壤水分、熱參數(shù)和容重是重要的土壤物理參數(shù),三者相互影響、相互作用,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科,如土壤科學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、巖土工程,準(zhǔn)確測(cè)定土壤水熱參數(shù)和土壤容重對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣候變化、灌溉管理、工程應(yīng)用等具有重要意義。熱脈沖技術(shù)具有對(duì)土壤擾動(dòng)小、成本低,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、定位、多個(gè)土壤物理參數(shù)同步測(cè)定的優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于測(cè)定土壤水分、熱參數(shù)和土壤容重。熱脈沖技術(shù)測(cè)定土壤容積熱容易受到探針間距變化的影響,繼而影響了其測(cè)定含水率和容重的準(zhǔn)確度,修正熱脈沖的間距誤差,可以提高熱脈沖技術(shù)應(yīng)用前景和范圍。本文以提高熱脈沖技術(shù)測(cè)定土壤水分、熱參數(shù)和土壤容重的準(zhǔn)確度和應(yīng)用范圍為研究背景,以原位間距校正理論的應(yīng)用為研究主線,將原位間距校正理論應(yīng)用于改進(jìn)熱脈沖雙探針的探針設(shè)計(jì)和提高Thermo-TDR基于熱容法測(cè)定粘性土容重的精度中,主要結(jié)論如下:（1）無論是共面傾斜還是非共面傾斜,非線性模型能夠明顯提高長(zhǎng)針（10 cm長(zhǎng)度）測(cè)定土壤比熱的準(zhǔn)確性,相對(duì)誤差為-8.30%;而線性模型校正效果不明顯,相對(duì)誤差達(dá)43.90%,因此,非線性模型適于長(zhǎng)探針,而線性模型對(duì)于長(zhǎng)探針間距校正存在一定局限性。（2）膨脹土失水收縮過程... 

【文章來源】：西北農(nóng)林科技大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

熱脈沖雙探針結(jié)構(gòu)示意圖（Heitmanetal.,2003）

西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士論文14圖2-2熱脈沖實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(盧奕麗2016)Fig.2-2Schematicoftheapparatuswithheatpulsedual-probes加熱電阻絲，感應(yīng)探針的熱敏電阻或熱電偶可以感應(yīng)介質(zhì)的溫度變化，收集數(shù)據(jù)采集儀記錄的熱敏電阻或熱電偶溫度變化，得到溫度上升曲線（圖2-3）。通過溫度上升曲線獲得熱參數(shù)有兩種方法：一是直接讀取ΔTm和tm值并通過式（2-2）、（2-3）計(jì)算熱參數(shù)，稱為單點(diǎn)法（SinglePointMethod）(Bristow1994;KnightandKluitenberg2004)；另一種方法是通過數(shù)據(jù)分析軟件（Mathematica和MATLAB）利用PILS模型非線性擬合溫度數(shù)據(jù)獲得熱參數(shù)，稱為非線性擬合法（NonlinearModelFittingMethod）(Welchetal.1996)。單點(diǎn)法計(jì)算簡(jiǎn)單，但溫度曲線平緩或有噪音時(shí)極值點(diǎn)不易確定，因此非線性擬合法優(yōu)于單點(diǎn)法(Bristowetal.1995)。土壤容積熱容的測(cè)定對(duì)探針間距敏感，需要提前校準(zhǔn)探針間距，在已知容積熱容的介質(zhì)中（5gL-1瓊脂溶液或干土）進(jìn)行標(biāo)定，瓊脂溶液的容積熱容值和水的相同，20℃為4.18MJm-3K-1(HamandBenson2004)。

第二章測(cè)定方法和原理17圖2-4用于原位間距校正理論-線性模型的熱脈沖雙探針示意圖Fig.2-4Schematicdiagramofdual-probesforlinearmodelofprobespacingcorrectionmethod2.3.3非線性模型由2.3.1可知，當(dāng)加熱探針和感應(yīng)探針發(fā)生不共面傾斜，或探針發(fā)生彎曲時(shí)，線性模型無法對(duì)間距誤差進(jìn)行校正，此時(shí)使用非線性模型進(jìn)行探針間距的校正。非線性模型的間距變化量用一個(gè)二階函數(shù)描述，由于至少三點(diǎn)才能確定一條二階函數(shù)曲線，故感應(yīng)探針中含有3個(gè)熱敏電阻（圖3-1）。定義：()()()0011;1,2,3lnmimiimimitttittt==（2-15）tm1、tm2和tm3分別是熱阻1、熱阻2和熱阻3溫度上升曲線到達(dá)最大值的時(shí)間，均質(zhì)土壤熱阻1、熱阻2、熱阻3熱擴(kuò)散率相等，則根據(jù)式（2-2）可得：222112233r=r=r（2-16）定義p和p2為：122322132;rrpprr====（2-17）定義變化后的間距為ri，間距變化量為Δri，滿足:()()0+,1,2,3iiir=rrzi=（2-18）使用二階函數(shù)表示間距變化量，外傾Δri為正值，內(nèi)傾反之；a，b值為回歸系數(shù)：()()2,1,2,3irz=az+bzi=（2-19）將式（2-18），（2-19）代入式（2-17）可得，221011202222220223033;ralblralblppralblralbl++++==++++（2-20）將式（2-20）進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)變換可得式（2-21），

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]土壤持水特征測(cè)定中質(zhì)量含水量、吸力和容重三者間定量關(guān)系I.填裝土壤[J]. 邵明安,呂殿青,付曉莉,王全九,劉春平.  土壤學(xué)報(bào). 2007(06)
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博士論文
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[2]干濕交替過程中土壤容重、水分特征曲線和熱特性的動(dòng)態(tài)變化特征[D]. 張猛.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017
[3]基于土壤熱導(dǎo)率定位監(jiān)測(cè)容重的Thermo-TDR技術(shù)[D]. 盧奕麗.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[4]土的電磁特性及同軸電纜電磁波反射技術(shù)研究[D]. 梁志剛.浙江大學(xué) 2005
[5]變?nèi)葜赝寥赖乃謩?dòng)力學(xué)研究[D]. 呂殿青.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2003

碩士論文
[1]膨脹土干燥收縮特性試驗(yàn)研究[D]. 張琦.南京大學(xué) 2014
[2]TDR探頭設(shè)計(jì)及含水量和干密度的聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù)[D]. 陳偉.浙江大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3145395