岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (5): 1837-1846.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0426CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0426

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土体水分场主动加热型光纤法测管布设方式对测试结果影响研究

孙梦雅1,施斌2,刘瑾1,郑兴3,刘洁4,张博1,辛雨凌1   

  1. 1. 河海大学 地球科学与工程学院,江苏 南京 210098;2. 南京大学 地球科学与工程学院,江苏 南京 210023; 3. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122;4. 怀柔实验室,北京 101400
  • 收稿日期:2025-04-22 接受日期:2025-07-18 出版日期:2026-05-11 发布日期:2026-05-12
  • 通讯作者: 施斌,男,1961年生,博士,教授,博士生导师,长期从事地质工程、岩土工程方面的教学和研究工作。E-mail: shibin@nju.edu.cn
  • 作者简介:孙梦雅,女,1994年生,博士,讲师,硕士生导师,主要从事地质工程监测与评价方面的研究工作。E-mail: smy@hhu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金青年项目(No. 42307189);中国博士后科学基金特别资助项目(No. 2024T170215);中国博士后科学基金面上项目 (No. 2023M740974)。

Impact of deployment configurations of actively heated fiber optic sensing tubes on the performance of soil water content measurement

SUN Meng-ya1, SHI Bin2, LIU Jin1, ZHENG Xing3, LIU Jie4, ZHANG Bo1, XIN Yu-ling1   

  1. 1. School of Earth Sciences and Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing, Jiangsu 210023, China; 3. PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou, Zhejiang 311122, China; 4. Huairou Laboratory, Beijing 101400, China
  • Received:2025-04-22 Accepted:2025-07-18 Online:2026-05-11 Published:2026-05-12
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42307189), the China Postdoctoral Science Foundation (2024T170215) and the China Postdoctoral Science Foundation (2023M740974).

摘要: 主动加热型光纤(actively heated fiber-optic,简称AHFO)土体含水率传感测管具有空间分辨率高、时空连续测量的突出优势,在土体水分场监测领域得到了较为广泛的应用。AHFO传感测管的布设方式往往决定着自身与土体的耦合性,进而影响含水率测量的精准性,然而,当前未见有对AHFO传感测管布设方式的相关报道。以典型的AHFO传感测管为研究对象,通过热响应试验和降雨入渗试验探究了AHFO传感测管在3种竖直向布设方式(直接插入法、回填法和贯入法)和一种水平向布设方式(回填法)下的含水率测量结果。研究结果表明,竖直向直接插入法会导致测管与土体之间存在空隙,水分易沿管-土接触面发生优势渗流;水平向回填法导致测管本身阻碍水分的运移;竖直向的回填法和贯入法能准确捕捉到降雨活塞入渗现象,是AHFO测管最优的布设方式;在实际应用时,建议根据监测目的和场地条件选择合适的布设方式。

关键词: 土体含水率, 主动加热光纤, 传感测管, 布设方式, 降雨入渗

Abstract: Actively heated fiber-optic (AHFO) sensing tubes for measuring soil water content provide exceptional spatial resolution and continuous spatio-temporal measurements, thus gaining significant traction in vadose-zone hydrology. The layout method of AHFO sensing tubes often determines their coupling with the soil, which affects the accuracy of water content measurements. To date, a systematic evaluation of layout methods has been notably absent. This study focuses on a typical AHFO sensing tube, utilizing thermal response tests and rainfall infiltration tests to evaluate soil water content measurements under three vertical layout methods (direct insertion, backfilling, and penetration) and one horizontal layout (backfilling) method. Results indicate that the vertical direct insertion method can create interfacial voids between the sensing tube and the soil, facilitating preferential flow along the tube-soil interface. The horizontal backfilling method impedes water migration due to hydraulic obstruction caused by the tube. In contrast, the vertical backfilling and penetration methods effectively capture piston-flow infiltration phenomena during rainfall events and are regarded as the optimal layout methods for AHFO sensing tubes. It is recommended to select the appropriate layout method based on monitoring objectives and site conditions in practical applications.

Key words: soil water content, actively heated fiber optics, sensing tube, layout method, rainfall infiltration

中图分类号: TU 411
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