基于红外温度场和近红外谱表征的岩质文物遗址中水分吸附-运移机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51604276
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    张芳
  • 依托单位：
    中国矿业大学（北京）
  • 学科分类：
    E0404.矿山开采基础理论
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Adsorption and transportation of water in rock media under temperature influence is the key factor causing the stone cultural relics diseases in arid and semi-arid regions. Infrared thermography and near-infrared spectroscopy are used simultaneously for the first time for the real-time and quantitative monitoring the temperature field and water-content distribution during non-gravity water transportation process in rocks. This project is directed at investigation of the infrared radiation features occurred during the adsorption and transportation of water in rocks by characterization of the real-time changes of the water content influenced by the temperature gradient; exploration of the dynamic law and the condition and criterion for initiating the water transportation process according to the monitored results of the water adsorption. Based on the experimental results, quantitative relation between the temperature and water-bearing content is established by utilizing the adsorption thermodynamic principle, in order to describe the features of the adsorption energy change, reveal the adsorption mechanism and transportation law of the water-bearing rocks under the action of temperature gradient. Outcome of this project will provide theoretical and technical supports to the preventive protection and governance of grottoes weathering, mural lesions and other disasters in arid and semi-arid regions.
温度梯度影响下的岩石介质中水分吸附-运移规律是干旱半干旱地区岩质文物病害成因的关键。项目首次采用红外热像和近红外光谱分析相结合的方法，实时、定量监测岩石中“非重力水分”运移中的温度场和水分分布特征；以温度梯度影响下的含水量实时变化特征为切入点，重点研究岩石水分吸附-运移过程中的红外辐射特征，确定红外辐射强度的动态变化规律； 根据结合水形成与迁移的监测结果，确定含水量的动态变化规律；建立水分运移启动条件和判据。 在此基础上，利用吸附热力学原理，建立温度场与含水量的定量关系，描述含水岩石的吸附能变化特征，揭示在温度梯度作用下，岩质文物遗址中水分吸附的机理和运移规律，为干旱半干旱地区石窟风化与壁画病变等灾害的预防性保护和治理提供理论依据。

结项摘要

在干旱半干旱地区，岩质文物遗址因其中的水分吸附-运移诱发一系列病害问题，至今运移机理和规律仍然是一项具有挑战性的工作。本项目采用红外热像和近红外光谱分析相结合的方法，深入研究了粉砂岩、砾岩、夯土中的水分运移过程中的红外辐射温度场和水分分布特征，（1）建立了基于红外辐射温度的定量描述理论体系：①建立了基于熵理论的水分运移启动判据；②运用热力学第一定律，建立了描述红外辐射温度与含水量关系的定量方程；③以定量方程为基础，提出识别水分运移湿润锋的方法；④进行了莫高窟崖壁粉砂岩水分运移的室内试验，利用热成像观测结果对上述理论体系进行了验证；⑤深入研究了夯土在不同吸水阶段的吸水增量与红外辐射温度之间的关系，提出了基于互信息的岩土介质非饱和-饱和过渡状态的识别方法，并对其进行了室内实验验证；（2）建立了近红外光谱特征表征的含水量识别模型：①利用互信息作为相关程度的度量标准，分别采用Best Individual Feature法和Maximal Information Coefficient法，研究了特征变量与含水量之间依赖关系的强弱程度，筛选了不同岩性的岩石近红外光谱的特征变量；②利用相关系数法分析了不同含水量的粉砂岩试样的近红外光谱特征与含水量之间的相关程度，在强相关谱段处构建了多元回归模型，并对模型进行了验证分析。上述基础理论研究，为干旱半干旱地区石窟风化与壁画病变等灾害的预防性保护和治理提供重要的理论支撑。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（3）
昼夜温差条件下莫高窟围岩蒸发规律的实验研究
  • DOI：
    10.13722/j.cnki.jrme.2017.1181
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张芳;侯欣莉;刘文芳;王焯;李鹏飞;何满潮
  • 通讯作者：
    何满潮
岩性不同的含水岩石近红外光谱特征对比分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张芳;户佐乐;王东升;刘雨濛;谢云鑫;卓慧慧;何满潮
  • 通讯作者：
    何满潮
基于红外辐射特征的砾岩水分湿润锋的演化与追踪
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张芳;付成功;付颖煜;王振伟;陶志刚;李英骏
  • 通讯作者：
    李英骏
Feature Selection of Near-Infrared Spectra of Rock with Different Water Contents
不同含水岩石近红外光谱特征选择
  • DOI：
    10.3964/j.issn.1000-0593(2019)11-3395-08
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Spectroscopy and Spectral Analysis
  • 影响因子：
    0.7
  • 作者：
    Zhang Fang;Hu Zuo-le;Hou Xin-Li;Zhang Xiu-lian;Fu Cheng-gong;Li Ying-jun;He Man-chao
  • 通讯作者：
    He Man-chao
Quantitative description theory of water migration in rock sites based on infrared radiation temperature
基于红外辐射温度的岩石场地水运移定量描述理论
  • DOI：
    10.1016/j.enggeo.2018.05.006
  • 发表时间：
    2018-07
  • 期刊：
    Engineering Geology
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Fang Zhang;Xiulian Zhang;Yingjie Li;Zhigang Tao;Wenfang Liu;Manchao He
  • 通讯作者：
    Manchao He

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其他文献

石漠化区退耕植桑地土壤养分与生态化学计量特征
  • DOI：
    10.16213/j.cnki.scjas.2018.7.018
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    西南农业学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邢丹;肖玖军;王晓红;张芳;韩世玉;罗朝斌
  • 通讯作者：
    罗朝斌
广西不同林龄喀斯特森林生态系统碳储量及其分配格局
  • DOI：
    10.13287/j.1001-9332.201703.039
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    应用生态学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    胡芳;杜虎;曾馥平;宋同清;彭晚霞;兰斯安;张芳
  • 通讯作者：
    张芳
微更新视角下苏州老住区公共空间适老化提升策略研究——以苏州科技大学周围老住区公共空间为例
  • DOI：
    10.19875/j.cnki.jzywh.2020.11.061
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    建筑与文化
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    季旻瑶;宋玉雪;余冯月;司圣玥;张芳
  • 通讯作者：
    张芳
窄光谱磷光配合物的设计及电致发光性能
  • DOI：
    10.7503/cjcu20210537
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张慧东;谷盼盼;张芳;都明旭;叶开其;刘宇
  • 通讯作者：
    刘宇
四氢嘧啶对酪氨酸酶的抑制作用机制及类型
  • DOI：
    10.13452/j.cnki.jqmc.2021.01.006
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    中国高原医学与生物学杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张芳;张鑫;杨海山;王志博;汪明香;沈国平;王嵘;朱德锐
  • 通讯作者：
    朱德锐

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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