Заморозить

Mar 27, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5706 (2023) Цитировать эту статью

315 Доступов

Подробности о метриках

Поскольку на механические свойства почвы влияют влажность, диаметр почвенных частиц и температура почвы, мы использовали пьезоэлектрические керамические датчики для мониторинга цикла замораживания-оттаивания различных почв при разных температурах и разном содержании влаги. Путем исследования энергетического затухания волн напряжений, распространяющихся в замерзающем-оттаивающем грунте, определена его механическая прочность. Результаты показали, что продолжительность процесса замораживания-оттаивания зависит от типа почвы и исходного содержания воды. При одинаковом содержании воды и большем размере частиц почвы амплитуда и энергия принимаемого сигнала больше. Для того же типа почвы и более высокого содержания воды амплитуда и энергия принимаемого сигнала сильнее. Это исследование представляет собой реальный метод мониторинга строительства инфраструктуры в районах со сложными геологическими условиями, такими как мерзлая почва Цинхай-Тибет.

Взаимодействие среды мерзлого грунта и инженерного строительства имеет большое значение при долговременном строительстве в регионах с низкими температурами, при этом большое значение имеют также факторы, влияющие на прочность мерзлого грунта1. С микроскопической точки зрения прочность мерзлого слоя грунта складывается из трех типов связей: молекулярных связей (сил Ван-дер-Ваальса), структурных связей и связей лед-цемент2, среди которых доминирующую роль играют связи лед-цемент. К вопросу о механизме армирования мерзлого грунта. Тинг и др.3 пришли к выводу, что в мерзлой почве она действует как укрепление льда, тем самым улучшая общую прочность мерзлой почвы. Температура окружающей среды4, тип почвы5 и содержание воды6 были первыми факторами, которые необходимо учитывать при изучении прочности вечной мерзлоты. Чемберлен и др.7 провели эксперименты по замораживанию насыщенного песка и илистого песка и обнаружили, что разные типы почвы приводят к изменениям прочности замороженной почвы.

В процессе мониторинга изменения прочности мерзлых грунтов необходимо учитывать основные условия среды мерзлых грунтов и выбирать соответствующие методы и средства мониторинга. При мониторинге содержания воды в мерзлых грунтах: Чжан и др.8 использовали метод термоимпульсного зонда для измерения содержания влаги в мерзлых грунтах. Шванк и др.9 использовали микроволновую технологию для мониторинга влажности почвы. Чжао и др.10 использовали пассивную микроволновую визуализацию AMSR-E для мониторинга содержания влаги в почве на основе микроволновой технологии. Чтобы повысить точность мониторинга, Гао и др.11 использовали алгоритмы AMSR-E и AMSR2 для оценки условий замерзания и оттаивания почвы, что улучшило эффект мониторинга прочности мерзлого грунта. При измерении условий замерзшей почвы на больших площадях Чжан и др.12 использовали спутник для мониторинга и анализа изменений содержания влаги в почве, который можно было использовать для мониторинга содержания воды в грунтовой почве на большой территории. Маврович и др.13 использовали два разных прибора для измерения диэлектрической проницаемости и предположили, что улучшение диэлектрической модели может значительно повысить эффективность спутникового обнаружения замерзания-оттаивания.

Пьезоэлектрическую керамику продвигают для использования в различных областях. Пьезоэлектрические материалы14 могут напрямую преобразовывать механическую энергию в электрическую. Следовательно, их работа и принцип очень просты и хорошо понятны. На этой основе улучшенные пьезоэлектрические керамические материалы15 могут использоваться в большем количестве приложений. Ценг и др.16 описали применение и разработку керамики из цирконата и титаната свинца (ЦТС). Шульц и др.17 использовали пьезокерамические пластыри для мониторинга и активного контроля, чтобы понять состояние композитных структур. Сонг и др.18 использовали пьезоэлектрическую керамику и беспроводные сенсорные сети для мониторинга состояния лопастей ветряных турбин. Лю и др.19 провели предварительное исследование по мониторингу просачивания бетонных конструкций с использованием пьезоэлектрического керамического интеллектуального агрегата.