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公开(公告)号：CN118917160A
公开(公告)日：2024-11-08
申请号：CN202410969139.0
申请日：2024-07-19
Applicant: 兰州大学
IPC: G06F30/25 , G01N25/14 , G01N15/08 , G01N33/24 , G06F119/08
Abstract: 本发明涉及一种基于成核理论的冻结过程温度量化方法，该方法包括以下步骤：(1)进行土壤孔径分析试验，得到土样的孔径分布曲线。(2)进行土壤成分测定试验，得到土壤体积含水量以及土颗粒质量。(3)通过本发明计算方法，计算得到该土样在不同冻结速率下的温度变化关系。本发明基于成核理论等热力学理论，考虑晶核生成作用、冰水界面作用以及能量守恒关系等对体系能量变化的影响，首次建立了量化冻结过程中温度变化的理论模型。本发明影响因子清晰且物理意义明确，可用于计算、预测冻结过程中土体系统的温度变化关系。此外，本发明还可为建立高精度的冻结特征曲线模型提供理论支撑、为完善寒区工程数值计算模型提供理论储备。
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公开(公告)号：CN118609706A
公开(公告)日：2024-09-06
申请号：CN202410684228.0
申请日：2024-05-30
Applicant: 兰州大学
Abstract: 本发明公开了一种基于固液界面理论和粒径分布的土水特征曲线(Soil water characteristic curve，SWCC)预测方法，该方法包括以下步骤：S1.试验获取天然土体的粒径分布、干密度、土粒密度和饱和含水率；S2.确定天然土体的粒径分布的数学表达形式；S3.确定天然土体每个排水阶段的基质吸力水头；S4.确定天然土体每个排水阶段的基质吸力水头对应的含水率。本发明基于固液界面理论和粒径分布，考虑土体吸附和毛细两种持水机制，推导出土体基质吸力水头与含水率之间的理论关系，给出了参数为土体粒径分布、干密度和土粒密度的土水特征曲线计算公式。本发明所涉及的模型接近土体客观存在的持水机制，各参数物理意义明确、获取简便，可为土体保水预测、土体水分管理优化和水文模型应用等方面提供理论依据。
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公开(公告)号：CN118067773A
公开(公告)日：2024-05-24
申请号：CN202311639510.9
申请日：2023-12-01
Applicant: 兰州大学
IPC: G01N25/04
Abstract: 本发明公开了一种基于热力学原理高精度量化土壤冻融温度的测定方法，为以下步骤：S1.确定溶液相熵方程及冰晶相熵方程，建立物理平衡关系；S2.确定系统化学势平衡方程；S3.确定成核率及非自发形核系数；S4.确定冻结过程冻融特征量及平衡冻结温度模型；S5.确定融化过程冻融特征量及平衡融化温度模型。本发明根据热力学原理和土壤孔隙溶液的相变过程，确立了一种能够高精度量化土壤温度的测定方法，确定了平衡冻结温度与平衡融化温度，应用面广。理论模型接近土壤冻融循环的实际情况，各参数物理意义明确、易获得，可为非饱和盐渍土冻融循环的相关研究提供理论支撑。
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公开(公告)号：CN119601112A
公开(公告)日：2025-03-11
申请号：CN202411656091.4
申请日：2024-11-19
Applicant: 兰州大学
Abstract: 本发明涉及一种考虑过冷效应的正冻土体未冻水含量预测方法，该方法包括以下步骤：(1)进行土壤孔径分析试验，得到土样的孔径分布曲线。(2)进行土壤成分测定实验，得到土壤体积含水量、土样尺寸及干密度。(3)通过本发明计算方法，计算得到土体冻结过程中未冻水含量变化关系。本发明基于成核理论并考虑土体孔隙水的赋存环境，构建过冷段的未冻水含量表达式；通过扩散定律根据不同组分浓度变化确定水分冻结阶段的未冻水含量变化关系；最终构建出涵盖过冷阶段、水分冻结阶段的土体冻结特征模型。本发明影响因子清晰且物理意义明确，可用于计算、预测冻结过程中土体系统的未冻水含量变化关系。此外，本发明还可为建立高精度的冻结特征曲线模型提供理论支撑、为完善寒区工程数值计算模型提供理论储备。
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公开(公告)号：CN117371616A
公开(公告)日：2024-01-09
申请号：CN202311530459.8
申请日：2023-11-16
Applicant: 兰州大学
Abstract: 本发明公开了基于K折交叉验证和粒子群算法优化的广义回归神经网络模型(K‑PSO‑GRNN)的土体冻胀率预测方法，旨在通过改进的GRNN模型解决土体冻胀率预测问题，属于冻土研究领域。所述方法包括如下步骤：步骤1、分析影响冻胀率的主要因素，收集不同土体的冻胀率数据，构建样本集。步骤2、对样本集数据进行最大最小化预处理，将样本集80％的冻胀率数据用于训练阶段，20％的冻胀率数据用于测试阶段。步骤3、使用K折交叉验证进行训练集数据的划分，评估模型在不同数据集下的预测能力，减少模型的过拟合现象。步骤4、利用粒子群算法优化广义回归神经网络，获得广义回归神经网络的最优光滑因子值，确定网络结构。步骤5、将未经过训练阶段的测试集数据作为模型的输入，对土体的冻胀率进行预测。本发明基于粒子群优化算法和K折交叉验证方法优化广义回归神经网络模型，并对土体的冻胀率进行定量预测，提高预测土体冻胀率的效率和准确度，为冻土区的工程建设和维护提供有效的冻胀率预测方法。
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Patent Agency Ranking
公开(公告)号：CN119985598A
公开(公告)日：2025-05-13
申请号：CN202510172731.2
申请日：2025-02-17
Applicant: 兰州大学
Abstract: 本发明公开了一种基于成核及预融原理高精度量化土壤相变临界温度的方法，为以下步骤：步骤1、确定相变吉布斯自由能方程及冰水化学势方程；步骤2、确定冻结过程吉布斯自由能方程；步骤3、确定冻结成核温度方程；步骤4、确定预融过程吉布斯自由能方程；步骤5、确定预融起始温度方程。本发明根据经典成核原理和界面预融化原理，确定了一个能够高精度量化土壤温度的方法，确定了冻结成核温度与预融起始温度，应用面广。量化方法考虑土壤冻融循环的实际情况，各参数物理意义明确、易获得，可为非饱和盐渍土冻融相变的相关研究提供理论支撑。
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公开(公告)号：CN119598736A
公开(公告)日：2025-03-11
申请号：CN202411656093.3
申请日：2024-11-19
Applicant: 兰州大学
IPC: G06F30/20 , G06F119/08 , G06F119/14
Abstract: 本发明涉及一种基于热力学的考虑不等径颗粒接触的土壤冻结特征曲线模型，该模型包括以下步骤：(1)进行土壤不等径颗粒接触计算，得到土样的接触方式。(2)进行土的水分冻结计算，得到土壤毛细水、吸附水的凝固点。(3)通过土水特征曲线模型，计算得到该土样在不同温度下的冻结特征曲线。本发明基于热力学，根据土水特征曲线与冻结特征曲线的相似性，考虑土壤复杂的颗粒接触方式对二者转化关系的决定作用，从不等径颗粒接触影响比界面能的作用关系角度出发，且考虑了土壤对水的毛细作用与吸附作用，引入土水特征曲线模型推导建立了冻结特征曲线理论模型。本发明充分考虑了颗粒大小、界面能、孔隙比等诸多影响因素，影响因子清晰且物理意义明确，可用于计算、预测冻土的温度与含水率关系。此外，本发明还可为分析冻土渗透性，水盐迁移特性、土壤抗剪强度和体积变形方面提供理论支撑、为完善工程数值计算模型提供理论储备。
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公开(公告)号：CN118520807A
公开(公告)日：2024-08-20
申请号：CN202410684455.3
申请日：2024-05-30
Applicant: 兰州大学
IPC: G06F30/28 , G01N15/08 , G01N15/02 , G06F113/08 , G06F119/14
Abstract: 本发明涉及一种基于微观孔隙水流动的非饱和土渗透系数的预测方法，该方法包括以下步骤：S1.对土体进行压汞试验，确定孔径分布概率密度函数；S2.基于孔隙连通概率确定不同孔径孔隙的曲折度；S3.确定考虑微通道固‑液界面特性的孔隙水粘度；S4.结合阻力系数确定毛细和薄膜流动的流量重分布；S5.将重分布流量代入预测模型，得到非饱和土渗透系数的预测值。本发明考虑了受孔隙结构和土‑水作用影响下非饱和土中孔隙水的输运特性，影响因子清晰且物理意义明确，可用于计算、预测非饱和土渗透系数。本发明可为从微观角度揭示控制土体渗透系数的内在机理、非饱和土的渗流分析及水力耦合研究提供一定理论参考。
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公开(公告)号：CN117054308A
公开(公告)日：2023-11-14
申请号：CN202310907965.8
申请日：2023-07-21
Applicant: 兰州大学
Abstract: 本发明涉及一种基于结晶动力学的盐渍土过冷度预测方法，为以下步骤：先得到土样的孔径分布曲线与土壤特征孔径；再得到土壤体积含水量，计算孔隙饱和度；得到土壤含盐类型与含盐量，计算土壤孔隙溶液水分活度；计算得到该土样在不同冻结速率下的过冷度值。本发明基于非饱和盐渍土孔隙溶液的赋存环境，考虑晶核生成作用、溶液降温作用、冰水界面作用、土水吸附作用与水气界面作用等对体系自由能的影响，引入经典成核理论推导建立了非饱和盐渍土孔隙溶液成核模型，首次建立了可用于非饱和状态(含饱和状态)的盐渍土(含非盐渍土)土体过冷度预测模型；影响因子清晰且物理意义明确，可用于计算、预测盐渍土与非盐渍土的过冷度。
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公开(公告)号：CN118296919A
公开(公告)日：2024-07-05
申请号：CN202410397951.0
申请日：2024-04-03
Applicant: 兰州大学
IPC: G06F30/25 , G16C10/00 , G16C60/00 , G01N15/02 , G01N15/08 , G06F119/14 , G06F119/08 , G06F111/10 , G06F113/26
Abstract: 本发明涉及一种根据粒径分布估算土水特征曲线的新型颗粒堆积模型，该模型包括以下步骤：(1)进行土壤颗粒分析试验，得到土样的粒径分布曲线。(2)进行土的物性试验，得到土壤孔隙率、孔隙比及土壤饱和含水量。(3)通过本发明计算方法，计算得到该土样在不同基质水头下的含水率。本发明基于粒度分布曲线与土水特征曲线的相似性，考虑土壤复杂的颗粒堆积结构对孔隙形态的决定作用，从孔隙形态影响基质水头的作用关系角度出发，且考虑土颗粒表面对水的吸附作用，引入相对密实度推导建立了非饱和土的土水特征曲线物理模型，完善了无拟合参数的土水特征曲线物理模型。本发明充分考虑了堆积方式、颗粒大小、孔隙率、孔隙比与比表面积等诸多影响因素，影响因子清晰且物理意义明确，可用于计算、预测非饱和土的基质势与含水率关系。此外，本发明还可为分析非饱和土渗透性，水盐迁移特性、土壤抗剪强度和体积变形方面提供理论支撑、为完善工程数值计算模型提供理论储备。
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