Luận án tiến sĩ: Characterization of soil behavior using electromagnetic wave-based technique
Nghiên cứu luận án tiến sĩ về đặc tính hành vi đất. Áp dụng kỹ thuật sóng điện từ tiên tiến để phân tích và đánh giá hiệu quả tính chất địa kỹ thuật.
The Hong Kong University of Science and Technology
Civil Engineering
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
216
Thời gian đọc
33 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Ứng dụng Sóng Điện từ để Nghiên cứu Hành vi Đất
Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc mô tả hành vi của đất sử dụng kỹ thuật sóng điện từ tiên tiến. Nghiên cứu cung cấp một phương pháp mới để hiểu sâu sắc hơn về tính chất cơ học và vật lý của đất. Đặc tính đất là yếu tố then chốt trong các dự án kỹ thuật dân dụng và xây dựng. Các phương pháp truyền thống thường tốn kém, mất thời gian và có thể gây phá hủy. Kỹ thuật sóng điện từ (EM) mang lại tiềm năng cho việc đánh giá đất nhanh chóng, hiệu quả và không phá hủy. Mục tiêu chính là thiết lập mối liên hệ định lượng giữa các thuộc tính điện từ của đất và hành vi cơ học của chúng. Điều này cải thiện đáng kể khả năng dự đoán và quản lý các vấn đề liên quan đến môi trường đất. Tầm quan trọng của nghiên cứu nằm ở việc tối ưu hóa quy trình khảo sát địa kỹ thuật, hỗ trợ các quyết định thiết kế và thi công chính xác hơn, đồng thời đóng góp vào sự phát triển của công nghệ giám sát đất tiên tiến.
1.1. Mục tiêu và tầm quan trọng của nghiên cứu
Luận án tập trung vào việc mô tả hành vi của đất thông qua kỹ thuật sóng điện từ. Nghiên cứu này cung cấp một phương pháp mới để hiểu rõ hơn về tính chất cơ học và vật lý của đất. Đặc tính đất là yếu tố thiết yếu trong mọi dự án kỹ thuật dân dụng và xây dựng. Các phương pháp truyền thống thường tốn kém, tốn thời gian và có thể xâm lấn. Kỹ thuật sóng điện từ mang lại tiềm năng cho việc đánh giá đất nhanh chóng, không phá hủy. Mục tiêu chính là thiết lập mối liên hệ giữa các thuộc tính điện từ và hành vi cơ học của đất. Điều này cải thiện khả năng dự đoán và quản lý các vấn đề liên quan đến đất. Tầm quan trọng của nghiên cứu nằm ở việc tối ưu hóa quy trình khảo sát địa kỹ thuật. Nó hỗ trợ các quyết định thiết kế và thi công hiệu quả hơn, đồng thời đóng góp vào sự phát triển của công nghệ giám sát đất tiên tiến. Việc hiểu rõ hơn về hành vi đất là cực kỳ quan trọng cho sự ổn định và an toàn của các công trình.
1.2. Kỹ thuật sóng điện từ trong địa kỹ thuật
Kỹ thuật sóng điện từ (EM) khai thác tương tác giữa vật liệu đất và trường EM. Các thuộc tính điện từ của đất, như độ điện môi và độ dẫn điện, bị ảnh hưởng bởi thành phần. Hàm lượng nước, mật độ, cấu trúc và khoáng chất của đất đều đóng vai trò quan trọng. Thay đổi trong các thuộc tính này có thể được phát hiện thông qua phản ứng EM, cho phép đánh giá các đặc điểm vật lý của đất một cách gián tiếp. Sóng EM có thể xuyên qua môi trường đất, cung cấp thông tin về các lớp đất sâu hơn. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong việc đo lường độ ẩm của đất và theo dõi sự thay đổi độ ẩm. Nó cũng hỗ trợ trong việc phát hiện ranh giới lớp đất và khoanh vùng các vật liệu khác nhau. Kỹ thuật EM đặc biệt hữu ích cho các môi trường khó tiếp cận hoặc nhạy cảm, cung cấp một cái nhìn toàn diện về môi trường đất mà không cần đào bới. Sự phát triển của kỹ thuật EM mở ra nhiều cơ hội mới trong khảo sát địa kỹ thuật hiện đại.
II.Tổng quan Nghiên cứu Sóng EM và Đặc tính Đất
Chương 2 của luận án cung cấp một tổng quan toàn diện về các nguyên tắc cơ bản của sóng điện từ và ứng dụng của chúng trong việc đặc trưng hóa đất. Các khái niệm về thư giãn điện môi và cộng hưởng được thảo luận chi tiết, cùng với phân loại các cơ chế phân cực. Mối quan hệ Kramers-Kronig được trình bày, liên kết các thành phần thực và ảo của độ điện môi. Nghiên cứu cũng đi sâu vào các mô hình hỗn hợp để mô tả thuộc tính điện môi của đất, xem xét ảnh hưởng của nước hấp phụ và nhiệt độ. Phần này thiết lập nền tảng lý thuyết cần thiết để hiểu cách các thuộc tính điện từ phản ánh các đặc điểm vật lý và hóa học phức tạp của đất.
2.1. Cơ sở lý thuyết về phân cực và thư giãn
Chương 2 của luận án trình bày tổng quan chi tiết về cơ sở lý thuyết. Các khái niệm về thư giãn điện môi và cộng hưởng được thảo luận kỹ lưỡng. Phân cực là một quá trình cơ bản trong đó các phân tử lưỡng cực trong đất định hướng lại khi có sự hiện diện của trường điện từ bên ngoài. Các cơ chế phân cực khác nhau được phân loại và phân tích. Các mối quan hệ Kramers-Kronig được sử dụng để liên hệ phần thực và phần ảo của độ điện môi, cung cấp cái nhìn sâu sắc về phản ứng tần số. Hiểu rõ các hiện tượng này rất quan trọng để diễn giải dữ liệu đo lường. Thư giãn điện môi là sự chậm trễ trong phản ứng phân cực của vật liệu, liên quan đến các quá trình vật lý và hóa học xảy ra trong môi trường đất, đặc biệt là nước trong đất. Việc nắm vững các nguyên lý này là nền tảng cho việc phân tích tính chất đất bằng sóng EM.
2.2. Mối quan hệ giữa thuộc tính vật liệu và tham số đo
Luận án khám phá mối liên hệ sâu sắc giữa các thuộc tính của vật liệu đất và các tham số EM đo được. Các thuộc tính điện từ của đất không chỉ là một giá trị cố định, mà chúng phản ánh phức tạp các đặc điểm vật lý bên trong của đất. Ví dụ, độ điện môi tương đối (permittivity) và độ dẫn điện (conductivity) là các chỉ số chính. Các tham số này chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi thành phần đất, hàm lượng nước, và cấu trúc hạt. Nghiên cứu cũng xem xét các mô hình hỗn hợp (mixture models) để mô tả thuộc tính điện môi của các hỗn hợp đất-nước-khí. Các mô hình này giúp dự đoán hành vi EM của đất dựa trên tỷ lệ các thành phần. Việc thiết lập các mối quan hệ định lượng cho phép chuyển đổi dữ liệu EM thành thông tin địa kỹ thuật có giá trị, là bước then chốt để áp dụng kỹ thuật EM vào việc đánh giá hành vi đất một cách hiệu quả.
2.3. Ảnh hưởng của nước hấp phụ và nhiệt độ
Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của nước hấp phụ và nhiệt độ đến thuộc tính điện môi của đất. Nước hấp phụ đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định phản ứng điện từ của đất. Các phân tử nước liên kết với bề mặt hạt đất tạo ra một lớp nước hấp phụ, có các tính chất điện môi khác biệt so với nước tự do. Sự hiện diện và trạng thái của nước hấp phụ ảnh hưởng đáng kể đến độ điện môi của đất. Luận án cũng phân tích hiệu ứng nhiệt độ (thermodielectric effect) trên nước hấp phụ. Nhiệt độ thay đổi động học của các phân tử nước, tác động đến thư giãn điện môi và độ dẫn điện. Hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để diễn giải chính xác dữ liệu EM, giúp phân biệt ảnh hưởng của nước và nhiệt độ với các thuộc tính đất nội tại. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế tương tác phức tạp trong môi trường đất.
III.Phương pháp Đo lường Độ Điện môi Băng Rộng
Luận án giới thiệu một kỹ thuật đo độ điện môi băng rộng tiên tiến, được thiết kế để bao phủ một dải tần số cực kỳ rộng. Chương 3 trình bày chi tiết về lý thuyết đằng sau các mô hình đầu vào khẩu độ và quá trình xác minh thực nghiệm kỹ thuật. Phương pháp này bao gồm các phép đo ở cả dải tần số cao (HF: 500 MHz ~ 20 GHz) và tần số trung bình (MF: 10 MHz ~ 1 GHz), mỗi dải đều có quy trình hiệu chuẩn hệ thống cụ thể. Sự kết hợp của các phép đo này cho phép thu thập dữ liệu điện từ toàn diện, cung cấp thông tin chi tiết về các cơ chế thư giãn và phân cực trong đất, từ đó nâng cao độ chính xác trong việc đặc trưng hóa đất.
3.1. Lý thuyết và xác minh thực nghiệm kỹ thuật
Chương 3 giới thiệu một kỹ thuật đo độ điện môi băng rộng tiên tiến. Kỹ thuật này được phát triển để bao phủ một dải tần số rộng, nhằm mục tiêu thu thập dữ liệu điện từ toàn diện về hành vi đất. Nghiên cứu trình bày các mô hình đầu vào khẩu độ (aperture admittance models), là nền tảng lý thuyết cho việc đo lường chính xác. Quá trình xác minh thực nghiệm kỹ thuật đã được thực hiện cẩn thận. Các thí nghiệm trong phòng đã chứng minh tính hiệu quả và độ tin cậy của phương pháp. Điều này bao gồm việc sử dụng các thiết bị đo lường chuyên biệt, như máy phân tích trở kháng chính xác. Dữ liệu thu được từ các thí nghiệm được phân tích để xác nhận lý thuyết và đánh giá độ chính xác của phương pháp. Phương pháp mới này mang lại độ chính xác cao hơn so với các phương pháp truyền thống, đặc biệt trong việc phân tích các đặc tính điện từ phức tạp của đất.
3.2. Đo lường tần số cao và tần số trung bình
Kỹ thuật đo lường được chia thành các dải tần số khác nhau để tối ưu hóa việc thu thập dữ liệu. Nghiên cứu bao gồm đo lường tần số cao (HF), từ 500 MHz đến 20 GHz. Đồng thời, đo lường tần số trung bình (MF), từ 10 MHz đến 1 GHz, cũng được thực hiện. Mỗi dải tần số yêu cầu các phương pháp hiệu chuẩn hệ thống đo lường cụ thể để đảm bảo tính nhất quán và độ chính xác của dữ liệu. Việc kết hợp dữ liệu từ các dải tần số khác nhau cung cấp một cái nhìn toàn diện về phản ứng điện từ của đất. Điều này giúp phân tích các cơ chế thư giãn điện môi ở các thang thời gian khác nhau. Thông tin này rất quan trọng để hiểu sâu hơn về cấu trúc vi mô và các tương tác vật lý trong đất. Kỹ thuật này cho phép thu thập dữ liệu phong phú, hỗ trợ phát triển các mô hình dự đoán chính xác hơn về hành vi đất trong nhiều điều kiện.
IV.Kết nối Đặc tính Điện từ với Thuộc tính Đất
Nghiên cứu này thiết lập mối liên hệ trực tiếp giữa các đặc tính điện từ đo được và các thuộc tính vật lý quan trọng của đất. Đặc biệt, luận án làm rõ sự phụ thuộc của độ điện môi vào hàm lượng nước thể tích, một yếu tố quyết định hành vi của đất. Ngoài ra, nghiên cứu còn phân tích cách sắp xếp cấu trúc đất (soil fabric) ảnh hưởng đến phản ứng điện từ, bao gồm cả các hiện tượng phân cực giao diện và độ dẫn điện một chiều (DC conductivity). Việc hiểu rõ những mối liên hệ này cho phép sử dụng kỹ thuật sóng EM để gián tiếp đánh giá các đặc điểm quan trọng của đất, từ độ ẩm đến cấu trúc vật lý, cung cấp công cụ mạnh mẽ cho các ứng dụng địa kỹ thuật.
4.1. Liên quan đến hàm lượng nước thể tích
Nghiên cứu làm rõ mối liên hệ trực tiếp giữa các đặc tính điện từ và hàm lượng nước thể tích của đất. Hàm lượng nước là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ điện môi của đất. Các thí nghiệm đã chứng minh rằng độ điện môi tăng lên đáng kể khi hàm lượng nước tăng, do độ điện môi của nước cao hơn nhiều so với các hạt đất khô. Phân tích dữ liệu EM cho phép định lượng chính xác hàm lượng nước thể tích, cung cấp một công cụ hiệu quả cho việc theo dõi độ ẩm của đất. Ứng dụng trong nông nghiệp, thủy văn và địa kỹ thuật là rất lớn, hỗ trợ quản lý tài nguyên nước và đánh giá nguy cơ sạt lở đất. Việc hiểu rõ mối quan hệ này là nền tảng cho việc phát triển cảm biến độ ẩm đất và các hệ thống giám sát môi trường.
4.2. Sắp xếp cấu trúc đất và độ điện môi
Luận án xem xét ảnh hưởng của sự sắp xếp cấu trúc đất (soil fabric) đến độ điện môi. Cấu trúc đất, bao gồm kích thước hạt, hình dạng và sự định hướng, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định phản ứng điện từ. Sự sắp xếp của các hạt đất ảnh hưởng đến các cơ chế phân cực và thư giãn điện môi. Nghiên cứu kiểm tra cách độ điện môi thay đổi do nhiễu loạn trường (field perturbation) và sự phân cực giao diện (interfacial polarization) – hiện tượng xảy ra tại ranh giới giữa các pha khác nhau trong đất. Phân tích độ dẫn điện một chiều (DC conductivity) cũng cung cấp thông tin về cấu trúc và mức độ liên kết của đất. Các thay đổi trong thuộc tính điện từ có thể chỉ ra sự nén, sự xáo trộn hoặc sự thay đổi cấu trúc, mở ra khả năng sử dụng sóng EM để đánh giá sự ổn định của mái dốc hoặc nền móng và cung cấp thông tin chi tiết về các đặc điểm vật lý phức tạp của đất.
V.Ý nghĩa Thực tiễn của Kỹ thuật Sóng EM Mới
Kỹ thuật sóng điện từ (EM) mới được phát triển trong luận án này mang lại nhiều ý nghĩa thực tiễn quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực địa kỹ thuật. Phương pháp này cung cấp một cách hiệu quả và không phá hủy để khảo sát và giám sát môi trường đất, từ đó cải thiện quy trình ra quyết định và thiết kế kỹ thuật. Nghiên cứu cũng mở ra nhiều hướng phát triển và nghiên cứu tương lai, bao gồm việc tinh chỉnh các mô hình lý thuyết, phát triển cảm biến tích hợp và mở rộng ứng dụng sang các lĩnh vực mới. Mục tiêu cuối cùng là tích hợp kỹ thuật EM vào quy trình địa kỹ thuật tiêu chuẩn để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của các dự án xây dựng trong tương lai.
5.1. Tiềm năng ứng dụng trong địa kỹ thuật
Kỹ thuật sóng điện từ (EM) mới được phát triển mang lại nhiều tiềm năng ứng dụng trong địa kỹ thuật. Phương pháp này cung cấp một cách hiệu quả để khảo sát và giám sát môi trường đất. Nó cho phép đánh giá không phá hủy các tính chất của đất tại chỗ (in-situ). Ứng dụng bao gồm việc theo dõi độ ẩm của đất trong các công trình đường bộ và đê điều, hỗ trợ xác định các vùng đất yếu hoặc có nguy cơ sụt lún. Kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng để kiểm soát chất lượng trong quá trình đắp đất. Nó cung cấp dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy, giảm chi phí và thời gian khảo sát. Đây là một công cụ mạnh mẽ cho các kỹ sư địa kỹ thuật để ra quyết định tốt hơn, đóng góp vào việc thiết kế và xây dựng các cấu trúc bền vững và an toàn hơn, đặc biệt trong các dự án cơ sở hạ tầng quan trọng.
5.2. Hướng phát triển và nghiên cứu tương lai
Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng phát triển và nghiên cứu tương lai cho kỹ thuật EM. Các hướng tiếp theo bao gồm tinh chỉnh các mô hình lý thuyết để mô tả chính xác hơn hành vi EM của đất và phát triển các cảm biến EM nhỏ gọn, tích hợp để đo lường liên tục. Cần nghiên cứu các loại đất khác nhau và điều kiện môi trường đa dạng hơn để mở rộng phạm vi ứng dụng. Khám phá ứng dụng của kỹ thuật này trong các lĩnh vực mới như địa nhiệt hoặc môi trường cũng là một hướng đi hứa hẹn. Kết hợp dữ liệu EM với các phương pháp địa vật lý khác sẽ mang lại cái nhìn toàn diện hơn. Phát triển phần mềm phân tích dữ liệu tiên tiến để tự động hóa quá trình diễn giải là cần thiết. Hướng tới việc tạo ra các hệ thống cảnh báo sớm dựa trên sự thay đổi tính chất đất là một mục tiêu dài hạn, giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của các dự án xây dựng trong tương lai.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (216 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộCharacterization of Soil Behavior using Electromagnetic Wave-based Technique by Xiaobo DONG A Thesis Submitted to The Hong Kong University of Science and Technology in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Civil Engineering August 2006, Hong Kong UMI Number: 3245367 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted. Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion.
® UMI UMI Microform 3245367 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P.
Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Authorization I hereby declare that I am the sole author of the thesis. I authorize the Hong Kong University of Science and Technology to lend this thesis to other institutions or individuals for the purpose of scholarly research. I further authorize the Hong Kong University of Science and Technology to reproduce the thesis by photocopying or by other means, in total or in part, at the request of other institutions or individuals for the purpose of scholarly research. Ware Xi 2 Xiaobo DONG August 2006 ii Characterization of Soil Behavior using Electromagnetic Wave-based Technique by Xiaobo DONG This is to certify that I have examined the above PhD thesis and have found that it is complete and satisfactory in all respects, and that any and all revisions required by the thesis examination committee have been made.
\ ý ĐÀ Họng Wang, Supervisor Prof. Moe M S Cheun epartment head Department of Civil Engineering The Hong Kong University of Science and Technology August 2006 Hi Acknowledgements First of all, I would like to take this opportunity to express sincere gratitude to my supervisor, Dr. Yu-Hsing Wang, for his patient guidance, continuous support throughout the past four years. Without his persistent encouragement and support, this thesis could not be finalized.
Besides that, as a mentor and friend, his knowledge, perseverance and insight advice benefit not only my research but also my whole life. I would like to acknowledge the members of my thesis committee, Drs. Hsu, and Albert T. Yeung, for their careful review of the thesis manuscript and valuable suggestions and comments.
Special gratitude is given to Dr. Li for providing the precision impedance analyzer, one of the key devices for the laboratory measurement in this thesis. I am especially grateful to W. He offers great help in preparing the kaolinie samples, which costs more than half a year.
I would also like to thank the technicians, Kenny Ma and Michael Chung, who offered many suggestions and assistance to my laboratory experiments. My sincere thanks also go to my colleagues at HKUST, especially the friends in the Hydraulic Engineering and Geotechnical Engineering groups. Finally, I am most grateful to my family. I could not have done it without their cheerful encouragement and dedicated support.
I should like to dedicate this thesis to my parents and my fiancée. iv Table of Contents Title page ol Authorization Page ii Signature Page iii Acknowledgements Page iv Table of Contents v List of Tables x List of Figures xi Abstract xvi CHAPTER 1 Introduction 1 CHAPTER 2 Literature Review and Background 4 2.1 Relaxation and T€SOnATC€. -- LG nọ ve 6 2.2 Classification of polarizatilon mechan1SIS.5 Kramers-Kronig relatiOTShIDS.-- -- -- - ST ng vn ky 10 2.6 Relationship between material properties and measured parameter. cọ HT nọ tre 12 2.3 Polarization of mixture.1 Componential D€TTIẨ[ÏVIẨY.
GoTH ng và 14 2. Mixture DeTII([IVIV. nà 18 VI NNĐ (loi s9 0: vàn. ẽo an na e.- HH HH g0 kh ke 28 2.
Adsorbed wafer in rIXẨUTC. HH HT nọ yg 29 2. Temperature effect (thermodielectric effect) on adsorbed water.4 Dielectric properties in low frequency range 33 2.-- cọ TH nề 34 2.5 Dielectric properties in high frequency range 37 2.6 Relevance of electromagnetic properties to soil characteristics .1 VolumetriC Waft€T COTI€TI. Local VOI ral O.
Fabric arrangement by permittivity due to field perturbation.4 Fabric arrangement by permittivity due to interfacial polarization .5 Fabric arrangement by DC COTIUCfIVIẨY. HH» Hưng Hee 40 CHAPTER 3 A Broadband Permittivity Measurement Technique: Theory and Experimental Verifications 47 3.2 Aperture admittance models 48 3. The high-frequency measurement (HF, 500 MHz ~ 20 GHZ).1 Aperture admittance modeÌ.2 Calibration of the measurement SYSTEM .4 The medium-frequency measurement (ME, 10 MHz ~ 1 GH:).1 Aperture admittance 1nođ€Ì.-- -- -- - << << 1 HH HH tre 53 3.2 Frequency- and material-independent fringe capacitance Cy and 960160/0/:)) 2. Calibration of the measuremenf SYS{€TT.5 The low-frequency measurement (1 KHZ ~ 15 MHZ).cccccccccssccceccsssssceeces 56 Eh VÀ.
20 6a cao na ae.2 Calibration of the measurement SySteM .6 Measurement system and experimental setup 58 3.1 HE and MĨE measuremeriS. - - < cọ HH nen ke 58 3.- - - -- - cọ nọ ke 60 3.7 Results of experimental verifications 60 3.1 Pure ethanol and methanol.2 Electrolyte miX{UT€S. HH TT re 62 3.8 Summary and conclusion 65 CHAPTER 4 Effects of pH-induced Structure on the Dielectric Properties of Kaolinite Sediment 75 4.2 pH effects on surface charges and associated fabric formations .3 Material and sample preparation 77 4.5 Data processing procedures .1 Measurement In the supernatant ]1QuU1d.2 Measurement In the sedimernt.6 Experimental results and discussion 84 4. Bulk wat€T DOÏ4T1ZAfÍOTI.-QQ HT ng 0 1 1k vn ky 84 4.2 Bound wat€r pOÏ4T1Z8(IOTN.
Spatlal pOÌar1ZatIOT. SH HH ng tr 89 C166 09c. co an ẻẻe. 93 CHAPTERS5 Complementary Wave-based Characterizations of Sedimentation Processes.2 Material and sample preparation 107 5.1 Setup and testing prOC€dUF€S.
Measurement of dieÌleCfrIC DfODT(I€S.4 Experimental results and discussion 112 5.1 re 113 Sedimentation behavVIOT.2 Wave-based characterization — shear wave veÌOCIY. Wave-based characterization — dielectrIC DTOD€TfI€S.5 Conclusion 125 CHAPTER6 Characterizing the Spatial Variability in Soils by the EM-wave Based Technique 142 6.2 Parameters used in this StUdy.--- - HH ng vn 145 6.3 Material and sample prebaration 146 6.1 Granular maf€rlaÌ. --- - co ng ni y xx 146 6.- nh nh hờ 0i nà 000 Là 147 6.1 Sensors and testing arranØ©Im€TI.2 Testing DrOC€UT€S.QQQ LH vin 6.3 Data proCesSing DFOC€CUT€S.5 Experimental results and điscussion — granular materials.1 Conductivity and (OTEUOSIẨY.2 Porosity estimation using MIXiNg TUÌ€S.6 Experimental results and discussion — kaolinite sediments .1 Porosity and particle size distribution.2 ConductIVIty chafaCf€TIS{ICS. Úc HH ng ee 159 6.7 Conclusion 161 CHAPTER7 Conclusions and Suggestions for Future Stud y.
A broadband permittivity measurement technique: theory and experimental V€TIÍICAf1OTIS.2 Effects of pH-induced structure on the dielectric properties of kaolinite S€CÏITTI. Complementary wave-based characterizations of sedimentation PTOCESSES .4 Characterizing the spatial variability in soils by the EM-wave based tCChTQUC.2 Future Work 179 References. 181 ix List of Tables Table 2.1 Dielectric constant of typical mater1aÌS.2 A brief summary of mixing fOrmulasS.3 Dielectric constant of adsorbed Waf€T. - HH nen 42 Table 3.1 Parameters of the equivalent circuit used for the MF measurement.
TT TT ch tt c 67 Table 3.2 Parameters of the Cole-Cole spectral function obtained from the measurements in this study and complied from the reference data for pure ethanol and methanol. HH ng v 67 Table 3.3 A comparison of measured, theoretical, and derived DC conductivities (4éS/cm) for NaCl solutions with different COTC€TTAfÏOTS. Họ HH nọ go và 67 Table 4.1 The parameters of the Cole-Cole spectrum for bulk water and the porosity of the kaolinite sedimen(. ch HH he, 96 Table 4.2 The parameters of the Cole-Cole spectrum for bound water 8915151017021.3 The parameters of the Cole-Cole spectrum for spatial polarization.4 The DC conductivity of the pore fluids and kaolinite sediments.1 Summary of the materlaÏ DFOD€TÍI€S.-- HH kh 163 List of Figures Fig.1 Relaxation and resonance (Santamarina et al.
cu HH nh ke 43 Fig. nen vế 43 Fig. on ng ke.6 Polarization spectrum (Santamarina et al.8 Depolarization dependence on aSDe€C TAfÍO.- Gv hee 44 Fig.9 'Three-phase spherical particle configuratiOn.10 Volumetric water content vs dielectric constant for six configurations (Friedman, 1998).12 Permittivity vs water content (Jones & Or, 2002).1 The dimensions of the 2.2 mm open-ended coaxial probe used in this study (Agilent 85070-60009). QUY ngư 68 Fig.2 The geometry of an open-ended coaxial probe with a conductive FLAN GO.3 A one-port calibration model for the HE measuremeni.4 The Geometry of an open-ended coaxial probe and the equivalent circuit for the aperture admittance model (after Stuchly et al.5 Contribution of G, and Cy to the normalized aperture admittance.6 The equivalent circuit used in the LF calibration.7 "The experimental setup for the dielectric property measuremert.8 The relative permittivity spectra of ethanol.
The solid line represents the best fit of the relative loss factor due to DC conductivity in the LF measurement and denotes the optimized curve fitting with the Cole-Cole function in the MF and HF T€ASUT€TTHTIẨS. TQ HH ng Ti th Hi KH 72 xi Eig.9 The relative permittivity spectra of methanol. The solid line represents the best fit of the relative loss factor due to DC conductivity in the LF measurement and denotes the optimized curve fitting with the Cole-Cole function in the MF and HF I€ASUT€TTTS.QQQQ HH ng HH HT nà 72 Fig.10 The relative permittivity spectra of the three NaCl solutions with different concentrations. The solid line indicates the best fit of the relative loss factor due to DC conductivity.
ieee ee eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee 73 Fig.11 The relative permittivity spectra of kaolin slurry. The solid line represents the contribution of DC conductivity to the relative loss ẨAC(OT K”.12 Multiple relaxations of kaolin slurry. The solid lines represent the best fit with the Cole-Cole function. The dotted and dash-dotted lines indicate the two relaxation peaks due to adsorbed water polarization and interfacial pDOÌar1ZzafiOT\.
Ánh re 74 Fig.1 The dielectric spectrum of a clay-water mixture and the associated polarization mechanisms (based on Ishida et al., 2000; Santamarina et al. Notations: «’ is the dielectric constant (real part), A’ is the relative loss factor (imaginary part), & is the permittivity of the free space, wis the angular frequency, and Opc 1S the DC condUCVIEV. sọ re 98 Fig.2 The samples used this study — kaolinite sediments with different pore-fluid pH (or different fabric formatiOn8).4 The schematic diagram of the testing configuration used to detect the effective measurement range of the slim form probe.5 Results of the effective range measurement: (a) the forward effective range; (b) the backward effective range; (c) the radial ©ÍÍ€C{IV€ TAT€. Q0 Họ th 0 0000094 101 Fig.6 The dielectric spectrum of supernatant liquid.
The solid line represents the loss only due to the DC conductivity (i.7 The dielectric spectra of the supernatant liquid as a function of the DC conductivity: (a) for the relative loss factor «”; (b) for the CIel€CtTIC COTSỈADT X”.QQ TQ 0Q HH HT HH như nh nh cv hy 103 Fig.8 The multiple Cole-Cole relaxation spectra of the kaolinite sediment, which, from high to low frequencies, corresponds to bulk water polarization, bound water polarization and spatial polarization: (a) K’ spectrum; (b) A” speCtrum. - cv, 104 xii Fig.9 The structure of bond water (modified from Mashimo et al. G030 11191115511 Ko TT 1 010 T11 1 1 0T crh 105 Fig.10 The conductivity ratio (i., the # value) of kaolinite sediment with different pore-fluid pH. ---- HH HH kg.1 The details of the tailor-made stainless steel celÏ.2 The arrangement of the peripheral eÌleCtrOTICS.3 The time delay caused by the filter and amplIfier.4 The effectiveness of the arrangement to remove the embedded time delay by the filter and ampÌIÍI€T.5 Sedimentation behavior: (a) sample A (pH = 3.6 Sediment volume as a function of time: (a) sample A (pH = 3.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ: Characterization of soil behavior using electromagnetic wave-based technique" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu luận án tiến sĩ về đặc tính hành vi đất. Áp dụng kỹ thuật sóng điện từ tiên tiến để phân tích và đánh giá hiệu quả tính chất địa kỹ thuật.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Characterization of soil behavior using electromagnetic wave-based technique" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại The Hong Kong University of Science and Technology. Năm bảo vệ: 2006.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Characterization of soil behavior using electromagnetic wave-based technique" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Characterization of soil behavior using electromagnetic wave-based technique" thuộc chuyên ngành Civil Engineering. Danh mục: Khoa Học Giáo Dục.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Characterization of soil behavior using electromagnetic wave-based technique" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Characterization of soil behavior using electromagnetic wave-based technique" có 216 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ: Characterization of soil behavior using electromagnetic wave-based technique" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.