使用便携式近红外（901～1 650 nm）和可见光（400～900 nm）光谱仪结合多变量分析方法无损检测水稻水分含量, 选用100种不同品种的水稻并采集其光谱信息, 其中粳稻52种, 籼稻34种, 糯稻14种。 采用GB 5009.3—2016中的直接干燥法测定每种水稻样本的水分含量。 利用蒙特卡洛偏最小二乘法（MCPLS）剔除水稻样本中的异常值, 基于近红外和可见光光谱的数据集分别剔除8个和4个异常值。 采用基于联合X-Y距离的样本划分法（SPXY）按照3: 1的比例划分样品, 近红外和可见光数据集分别得到69、 72个校正集和23、 24个预测集。 采用正交信号校正（OSC）、 多元散射校正法（MSC）、 去趋势变换（De-trend）、 标准正态变换（SNV）、 基线校正（Baseline）、 Savitzky-Golay 卷积导数（S-G导数）、 标准化（Normalize）、 移动平均平滑(moving average)、 Savitzky-Golay卷积平滑处理法（S-G平滑）共9种算法对原始光谱数据进行预处理, 基于近红外和可见光光谱的OSC、 SNV和OSC、 Moving average预处理效果较好, 进行后续模型的处理。 选择特征波长以减小光谱信息冗余并提高模型检测效果, 基于近红外和可见光光谱的最佳波长选择方法分别为连续投影算法（SPA）和竞争性自适应重加权算法（CARS）, 分别保留15, 39个特征波长。 之后, 建立偏最小二乘回归（PLSR）、 主成分回归（PCR）模型。 结果表明, 基于近红外和可见光光谱的最优模型分别为SPA-PLSR和OSC-CARS-PCR, 其预测集相关系数（R2P）, 预测集均方根误差（root mean square error forprediction, RMSEP）和预测集归一化均方根误差（normalized root mean square error, NRMSEP）分别为0.810 3、 0.802 1, 0.412、 0.388和3.62%、 3.34%。 基于近红外光谱的SPA-PLSR模型预测效果更好, 鲁棒性更高, 预测效果好于可见光光谱。 本研究验证了便携式近红外和可见光光谱仪快速、 无损检测水稻中水分含量的可行性, 为水稻收获、 贮藏等过程水分含量的测定提供技术支持, 为后续便携式光谱仪的开发提供参考。

为探究水分胁迫下冬小麦冠层反射率在各生育期响应叶片叶绿素变化的特性, 针对2020年—2021年小麦生长季11个品种(分为强、 一般和弱3个抗旱性品系), 设置了2次灌溉(拔节、 扬花)、 1次灌溉(冬季、 返青、 拔节、 拔节后7天和拔节后14天)以及无灌溉总共3个水分梯度处理, 分析了叶绿素与反射率之间的相关性, 利用波长随机组合方式［简单比值(SRSI)、 简单差值(SDSI)和归一化(NDSI)］与线性拟合方法, 筛选了对叶绿素最为敏感的窄波段光谱指数。 结果表明： (1)所有品系叶绿素含量在各生育期均差异显著, 从拔节到灌浆大致表现为降低─升高─降低态势, 但冬季和返青期灌溉处理下的抗旱性一般品系、 以及返青期灌溉处理下的抗旱性较差品系除外; (2)随着发育进程推移和品种抗旱性减弱, 不同处理间在近红外区域的冠层反射率差距逐渐增大。 (3)叶绿素与窄波段光谱指数的线性拟合决定系数高值区集中在绿(445～591 nm)和红边(701～755 nm)波段。 抗旱性较强品系和抗旱性较差品系的SRSI指数均在开花期反演叶绿素的精度最高, 分别达0.762和0.811; 抗旱性一般品系的NDSI指数在灌浆期精度最高, 为0.732。 该研究对于揭示水分胁迫下叶绿素变化的反射率响应在冬小麦各关键生育期以及品种间差异等, 具有一定参考价值, 可为基于无人机载高光谱技术的抗旱小麦品种高效筛选奠定基础。

为研究高温后水泥砂浆内部水分迁移特征，将水泥砂浆试件300、400、500 ℃高温处理后表面镀蜡(留有一个上表面)，随后将试件未镀蜡一端置于液面下2 cm进行自渗吸试验。采用核磁共振(NMR)技术T2谱及核磁共振成像研究高温作用后水泥砂浆试件水分迁移情况及特征。结果表明，随着处理温度升高，试件胶凝孔和气孔或裂隙占比增大，而毛细孔占比逐渐降低，试件吸水质量减小，吸水质量前24 h内快速增加，随后减缓并趋于稳定。同时，高温作用影响毛细管吸水率，当处理温度小于等于400 ℃时，高温可增大毛细管吸水率；当处理温度大于400 ℃时，高温反而削弱毛细管吸水率。通过引入毛细吸收系数S来表征毛细管吸水率，S在6 h前大于10，而在6 h后减小超过2个数量级。另外，水分迁移存在优先孔径，在毛细孔中迁移的优先孔径为10~480 nm，在气孔或者裂隙中迁移的优先孔径为1 680~16 800 nm，且随浸水时间增加，水分更倾向由大孔传输到较小孔隙中。最后，通过核磁共振成像可实时观测到水分迁移位置由外到内，迁移速度与试件处理温度呈正相关。

混凝土材料的制备与性能优化是建筑3D打印结构化发展与应用的基础。3D打印混凝土材料的宏观力学性能、长期耐久性能均与界面细观结构直接相关。本文明确了3D打印混凝土层间界面水分状态(水膜)的形成机制，测试了不同打印层厚条带的水膜随时间的演化规律，通过CT扫描技术研究了层间间隔时间、打印层厚、环境状态对层间界面孔隙特征的影响，揭示了层间界面水分状态、层间界面孔隙特征及层间黏结性能三者之间的相互影响机制。结果表明：层间界面孔隙率随单位面积上层间界面水分质量的增长而降低，层间界面水分质量是较打印参数而言更直接的层间界面状态影响因素；层间水分状态和界面细观孔隙特征直接影响着3D打印混凝土材料的宏观力学强度。

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术以其在线、原位、实时、多元素分析等特点，被应用于烧结矿混合料成分的快速检测。在工业现场中，经过配比后的烧结矿混合料含有一定的水分。笔者通过配制不同含水量的烧结矿混合料样本，研究了混合料中的含水量与光谱强度之间的关系，建立了烧结矿中Fe、Ca、Si、Mg等4种元素的定量分析模型，结果发现含水量对结果的稳定性和准确性都产生了严重影响。在此基础上，笔者提出了一种基于谱线强度相关性匹配的光谱标准化（SICMS）方法，对不同水分区间下的光谱进行修正，将其转换到标准水分区间内的光谱。实验结果表明：样本中的含水量与光谱强度均值之间存在一种线性关系，可以用光谱平均值间接地表示含水量；采用所提光谱标准化方法对不同水分下的光谱进行修正，可以明显提高定量分析结果的稳定性和准确性。

在基体上浇筑新拌砂浆是常见的修补与加固措施。当新拌砂浆与基体含水状态差异较大时, 会发生水分交换改变修补砂浆配合比, 并影响修补砂浆水化进程、微观特征、渗透性以及修补材料与基体间的粘结性能。对此, 利用称重法研究了新拌普通砂浆、应变硬化水泥基复合材料(SHCC)与不同初始含水饱和度旧砂浆基体(0、30%、70%和100%)粘结时的水分交换过程, 分析了修补砂浆类型和基体初始含水饱和度对水分交换速度、修补砂浆最终水胶比等的影响。通过力学试验、低场核磁共振技术和称重法进一步研究了水分交换对标准养护后修补砂浆与基体粘结强度、修补砂浆微结构和吸水性能的影响规律。结果表明: 在水分交换早期, 非饱和基体单位面积吸水质量与时间平方根存在良好的线性关系。基体含水饱和度为0时, SHCC或普通砂浆与基体间的界面剪切强度最高。SHCC作为修补材料与基体间的界面剪切强度普遍大于普通砂浆。随着基体饱和度的增大, 普通砂浆的孔隙率、小孔体积分数、毛细吸水系数逐渐增大, 中孔和大空隙的体积分数逐渐减小。随着基体饱和度的增大, SHCC孔隙率、中孔和大空隙的体积分数逐渐减小, 小孔体积分数和毛细吸水系数变化幅度较小。

高原地区的低气压环境对水泥基材料的干燥收缩与抗冻融性能等均有不利影响, 该环境下水分传输特性的改变是重要的影响因素。对不同水灰比的硬化水泥浆体开展了不同气压(101、60 kPa和20 kPa)与相对湿度(43%、98%)环境中270 d的等温暴露试验, 研究了低气压环境对硬化浆体中含湿量及化学结合水含量的影响, 并建立数值模型分析了低气压环境对水分传输特性的影响。结果表明: 在等温干燥环境中, 低气压环境会促进硬化浆体中水分散失, 并导致化学结合水含量的轻微下降; 在等温润湿环境中, 水分逐渐扩散进入硬化水泥浆体中, 使试件质量随暴露龄期呈对数增长, 环境气压降低会明显提升早期的质量增长速率与最终质量增加值。水分传输的数值模拟结果说明了低气压环境中水蒸气扩散系数、对流传质系数与硬化浆体的本征渗透率的增大是导致等温干燥和润湿过程水分传输行为的主要原因。

发动机油是发动机的核心部件, 发动机油中极易混入水分, 水分容易加速发动机油的劣化和变质, 进而危害发动机的安全运行。 对发动机油中水分进行检测是保障发动机油质量的重要指标。 因而采用近红外光谱结合偏最小二乘法(PLS)回归方法对不同含水量的发动机油进行了检测。 首先根据含水发动机油的近红外光谱的特征, 分析了931, 1 195～1 212和1 391～1 430 nm波长的较强吸收峰的机制; 采用正交信号校正(OSC)和几种其他的光谱预处理方法构建了PLS回归模型, 根据回归系数进行了特征波长的选择。 结果表明, OSC预处理后的PLS模型具有较好的预测能力, 而多元散射校正（MSC）和标准正态变量变换（SNV）预处理降低了模型的校正性能。 选择了166个特征波长, 占全谱的32.42%。 采用所建的近红外全谱PLS模型和特征波长选择的PLS模型分别对预测集14个油样进行预测, 两个模型都能实现较好地预测, 预测标准差分别为0.000 7和0.000 6; 而特征波长选择对含水发动机油的预测最稳健, 性能指标最好(R2P为0.993 0, R2CV为0.988 7, 且RMSECV和RMSEP值分别为3.140 1×10-4和2.419 0×10-4, RPD值为11.988 4), 特征波长选择的PLS模型与全光谱模型相比, 经过特征波长选择消除了全光谱中大量无用信息, 对发动机油中含水量预测最稳健, 性能指标最好, 使模型的性能得到了显著提高。 根据所建的OSC预处理后的全谱PLS模型以及特征波长选择的PLS模型, 对油样的预测集进行验证, 特征波长选择后的PLS模型对预测集的预测效果较优, 每个油样的预测值更接近实测值。 说明经过特征波长选择后建立的PLS模型不仅没有降低模型的精度和预测能力, 反而由于消除了不相关变量的信息, 使所建模型更具有泛化性能。 因而近红外光谱技术对发动机油中水分的检测具有较好的精确性、 可靠性, 为发动机的状态监测提供一种可行的解决方案。

为解决高原多年含水冻岩区露天矿山爆破作业过程中炮孔出现涌水、冰冻无法装药问题, 以拉萨市墨竹工卡县甲玛露天矿为对象, 基于弹性力学、达西定律、数学物理方法等理论, 通过COMSOL-Multiphysics有限元模拟软件建立矿区成孔后温度变化模型, 并利用SG-DTS-84U光纤测温仪现场试验结果对数值模拟结果进行验证, 对比后发现模拟结果与现场试验结果具有较高的吻合度, 由此证实了该模拟结果的正确性与科学性。在此基础上改变数值模型相关参数对不同外界环境下炮孔成孔后温度场变化规律进行研究, 即分析炮孔成孔后温度-水分场耦合作用下24 h内不同地表温度、不同渗流速度对孔内温度的影响过程, 研究矿区孔内温度场变化规律, 以期进一步寻找根本解决冰冻孔装药的技术难题。通过研究结果表明：炮孔成孔后孔内冰冻深度主要受地表温度及渗流水速度控制, 且地表深度≤6 m时孔内温度受外界温度影响大, 深度＞6 m时孔内温度主要受渗流水速度及孔壁原始温度影响; 炮孔成孔后孔内温度在8 h时逐渐趋于稳定, 其温度随深度的增加而降低; 当渗流水速度≤5 m/h时渗流速度的变化对矿区温度场的发展规律具有显著影响, 渗流水速度＞5 m/h时渗流速度的变化对炮孔内温度场影响减弱。