[发明专利]含水岩土非饱和-饱和状态转变的识别方法及其验证系统

说明书

本发明提供含水岩土非饱和‑饱和状态转变的识别方法及其验证系统，该识别方法包括以下步骤：监测处于完全浸润状态下的含水岩土的红外辐射温度，获取不同时刻t_i的热像图；计算并比较任意相邻时刻热像图之间的归一化信息NMI(t_i,t_i+1)；当NMI(t_i,t_i+1)≠0时，表明t_i与t_i+1时刻的含水岩土中的液态水赋存状态有一定相似程度和关联度；当NMI(t_i,t_i+1)＝0时，表明t_i与t_i+1时刻的含水岩土介质中的液态水吸附状态发生质的改变：由非饱和向完全饱和状态状态转变。本发明可应用到岩土工程现场进行无损、实时监测，可实时识别含水岩土介质非饱和‑饱和状态的转变，也即，可实时识别含水岩土介质中自由水出现的时刻。

技术领域

本发明涉及互信息理论应用、岩土状态识别等技术领域，特别涉及一种基于互信息的含水岩土非饱和-饱和状态转变的识别方法。

背景技术

水是导致各种岩土工程灾变、病害最为活跃的因素之一，同时，水也是石质文物和土遗址保护领域造成石窟、壁画、遗址病害的直接原因。这些灾害的发生与岩石遇水发生的崩解、软化等水-岩相互作用有着密切的联系。大量研究表明，水对岩土的力学效应的影响与岩石中的含水状态密切相关，诸如，岩石的抗压强度、弹性模量等力学性质随着含水量的增加会不断降低，尤其在饱水状态下，部分岩土的抗压强度仅为自然状态时的20％，除此之外，岩土的弹性模量、变形模量、粘聚力等都会发生大幅度的下降。可见岩土介质在饱水状态下力学性质的急剧变化，将给工程项目带来巨大隐患。

实际上，由于液态水使岩土体的饱和度增加，引发孔隙水压力增加和有效应力减小，这样含水多孔介质应力场随着含水量实时改变，进而引发岩土体损伤、劣化、裂隙发育乃至岩性变化，诱发土木工程灾变或者文物病害。可见，识别岩土由非饱和向饱和状态转变有着十分重要的现实意义，检索发现目前尚无关于岩土非饱和-饱和状态的转变的识别研究，通常对岩土中水分多采用测量含水量的方法进行度量，如采用烘箱烘干法、酒精燃烧法、砂土炒干法等方法测量岩土的含水量，这类方法需要现场采样，既破坏岩土原有环境，也破坏测量现场，对石质文物和土遗址等场合不适用。另外，还有采用时域反射法、频域反射仪法、中子测量法等接触式测量方法来测量岩土介质的含水量，这些方法只能测量土壤表层的含水率，且设备较昂贵。

可见，目前采用取样测量法、接触式测量法等来测量岩土介质的含水量的方法存在以下缺点：(1)，对检测现场造成损坏和破坏，不能无损检测；(2)，只能静态分析，不能实时监测；(3)，不能识别岩土中水分由非饱和向饱和状态的转变。

因此，亟需研发一种无损、实时检测并能实时判断岩土介质中水分由非饱和向饱和状态转变的方法。

发明内容

一方面，本发明的目的在于提供一种基于互信息的含水岩土非饱和-饱和状态转变的识别方法，以解决现有技术存在的无法进行无损、实时检测以及实时判断岩土介质中水分由非饱和向饱和状态转变的问题。

另一方面，本发明的目的在于提供一种用于所述识别方法的室内吸水实验分析验证系统，以验证所述识别方法。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于互信息的含水岩土非饱和-饱和状态转变的识别方法，其包括以下步骤：

监测处于完全浸润状态下的含水岩土的红外辐射温度，获取不同时刻t_i(i＝1,2,3,…)的热像图；

计算并比较任意相邻时刻热像图之间的归一化互信息NMI(t_i,t_i+1)；