摘要：为揭示结构性软土层基坑开挖以及盾构施工过程中周围土体面临的复杂应力路径状态,设计不同应力路径三轴试验以探究结构性软土在开挖和卸载过程中的强度以及变形特征。选用大阪湾天然结构性软土为参照目标,人工制备海相高液限、大孔隙以及相似结构性变形特征的软土,克服了天然结构性原状软土取样困难以及试样性状离散性大等问题,并对批量制备的结构性软土试样开展CTC(CTE),RTC(RTE)和PTC(PTE)6种不同应力路径下的三轴剪切试验,深入分析基坑开挖以及盾构施工2类典型施工路径对结构性软土力学性能的影响。研究结果表明:1)结构性软土在不同应力路径下的力学特性差异显著,且应力应变曲线都存在软化现象,RTC(RTE),CTC(CTE)和PTC(PTE)的峰值强度依次增大,三轴拉伸仅为压缩强度的60%~70%;2)基坑被动区卸载路径下变形和强度显著降低,盾构同步注浆施工路径下峰值强度较高但存在脆性破坏风险;3)结构性软土归一化模量的变化体现了土体渐进破坏过程,且不同应力路径下的归一化模量与固结围压相关;4)不同路径对土体黏聚力变化明显,开挖卸载路径下土体抗剪强度降低了80%,说明不同应力路径对结构性软土的强度和变形特征都存在明显劣化作用。研究结果对软土地基中以变形控制为主的基坑开挖和盾构施工具有较好的指导意义。

摘要：为快速无损获取土壤有机质含量信息,基于光谱学原理设计了一款便携式土壤有机质含量检测仪。检测仪主要由机械部分、光路系统和控制部分组成,其中机械部分为检测仪提供平台支撑,光路部分由光源、蓝宝石玻璃、滤光片和光电探测器组成,控制系统实现对土壤测量信号的采集和处理。便携式土壤有机质检测仪工作时,光源发出光照射到待测土壤表面,漫反射光经过滤光片滤波后由光电转换器实现光信号转换成电信号,再经信号处理单元计算出各个敏感波长处的反射率,通过测量光谱反射率检测土壤有机质含量。采集了北京市中国农业大学上庄实验站土壤的光谱数据和土壤有机质含量实测值,经过光谱数据预处理后,对比了CARS、MCUVE、MWPLS和随机蛙跳4种波长筛选算法对土壤光谱的处理结果,建立了土壤有机质含量的偏最小二乘和随机森林预测模型。结果表明,基于CARS算法挑选出的4个特征波长建立的随机森林模型预测精度最好,建模集R^(2)为0.923,预测集R^(2)为0.888。将CARS-RF模型嵌入有机质检测仪系统,实验结果表明检测仪测量值与标准值的相关系数达到0.891。开发的检测仪精度较高,可以实现快速检测土壤有机质含量。

摘要：设计了一种基于树莓派的表层土壤容重检测系统,利用易于获取的土壤表面图像特征对表层土壤容重进行预测。提取图像的Tamura纹理特征以及图像的分形维数特征。经过验证,Tamura纹理特征中的粗糙度、对比度、方向度以及图像分形维数特征与土壤容重的相关性较高,相关系数分别为-0.754、-0.799、-0.806、-0.849,因而选用这4个参数作为预测模型输入。分别采用SVM回归模型和GRNN回归模型以及基于SVM、GRNN的Bagging集成模型对土壤容重进行预测。基于SVM、GRNN的Bagging集成模型预测结果同环刀法得到的结果进行相关性分析,决定系数R^(2)达到0.8641,预测结果的平均绝对误差(MAE)达到了0.0316 g/cm^(3),相对单一SVM回归模型和单一GRNN回归模型具有更好的预测结果。基于树莓派的农田表土层土壤容重检测系统的田间实时测量结果显示测量的平均绝对误差(MAE)为0.0412 g/cm^(3),满足了田间精准、快速检测的要求。