一种基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法

1.本发明属于土壤利用技术领域，具体涉及一种基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法。


背景技术：

2.作为人类生存环境的重要载体，土壤与经济发展存在紧密联系。自20世纪以来，全球工业化导致了土壤重金属含量的急剧增加，尤其工业区与矿区周边，已经严重影响到生态系统的稳定。可持续生态农业的发展建议使用有机肥，但有机肥在土壤中会产生糖类、酚类、有机酸等化合物，易导致土壤铜的螯合或络合，带来环境污染。另外，据统计，我国大多数农业生态系统的土壤磷含量低于植物的需求量，这也导致了近三十年来磷肥的使用量逐年上升。而磷肥过量施用导致了大量的磷酸盐累积，显著影响了磷肥的当季利用率，造成了磷肥的浪费，并且磷随水体迁移过程中造成了水体富营养化。因此，对土壤性质含量进行定期监测意义重大。
3.近年来大量关于土壤物化性质的研究已经开展，使得我们对土壤物化性质与其影响因素的关系有了初步了解。国内外相关技术部门与公司已提出多种土壤性质含量化学测定方法，如：土壤全磷含量测量方法包括高温烧灼酸浸提法、强酸消煮法、碱熔法、连续流动分析仪等。常规获取土壤性质含量信息的方法是野外样品采集和室内化学分析测试，该方法精度高，但费时费力，且难以获得区域土壤性质含量的空间分布信息。近年来有学者尝试使用室内反射光谱可见光/近红外光谱等技术来反演部分土壤性质含量。这一类方法具有高效、无损、快速等显著优点，在土壤成分快速检测中的应用潜力较大。但该方法在具体应用中存在一定的测量误差，不同研究区、不同操作人员的测定误差相差非常大。因为每个地区土壤的特殊性，在土壤性质研究前需要针对不同土壤进行大量的实验研究，消耗了大量的人力和物力。同时，现有的针对具体土地资源的实验数据不断积累，然而并没有得到充分的利用。为了建立土壤物化性质的预测模型，现阶段迫切需要提出切实可行的新方法，新手段，深入、系统地挖掘已有的土壤光谱数据。
4.现有土壤性质含量预测技术的不足，已影响到生物、农学和环境等相关应用部门生产、加工土壤信息产品的具体效益，一定程度上给国家生态规划、精细农业部署造成了经济损失。因此，开发新的土壤物化性质预测方法具有重要的实践意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，本发明可以准确预测出土壤的性质变化，且精准度和准确度较高，能够广泛应用于工程实际，为后续土地资源的综合治理和设计利用提供理论依据。
6.为实现上述目的，本发明一种基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法采取下述技术方案：
7.一种基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，包括如下步骤：
8.(1)首先，将三维移动简化为沿走向断面和沿倾向断面的平面移动，然后，计算地表相邻两点的相对移动变形；
9.(2)假设采用剖面线观测站，且走向观测线和倾向观测线互相垂直且相交，计算走向方向距切眼x的点和倾向方向距运输顺槽y的点和其邻近点的距离；
10.(3)构建土壤微观粒子群模型；
11.(4)构建基于地表移动变形的土壤性质变化预测模型。
12.优选地，步骤(1)中，定义地表相邻两点相对移动变形指相邻两点的移动位移差与两点间距的比值，用ε表示，ε的单位为mm/m，其计算公式如下：
[0013][0014]
式中，为工作面回采t1时，观测点1和2的间距；
[0015]
为工作面回采t2时，观测点1和2的间距。
[0016]
进一步优选地，和的计算公式如下：
[0017][0018]
式中，为工作面回采t1时，观测点1的空间坐标；
[0019]
为工作面回采t1时，观测点2的空间坐标；
[0020][0021]
式中，—工作面回采t2时，观测点1的空间坐标；
[0022]
—工作面回采t2时，观测点2的空间坐标。
[0023]
更进一步优选地，步骤(1)中，工作面回采t时间后，观测点1和其邻近测点相对移动变形值e
t，1
累计为：
[0024][0025]
式中，l
0，1
为工作面开始回采时，观测点1和其邻近测点的距离。
[0026]
优选地，步骤(2)中，拟合求出工作面回采时移动盆地走向主断面和倾向主断面不同点与其邻近点的相对移动变形函数ε
t,x
＝f(t,x)和ε
t,y
＝f(t,y)，其中，ε
t,x
表示在t时刻走向主断面距切眼x的点与其邻近点的相对移动变形，ε
t,y
倾向主断面距运输顺槽y的点与其邻近点的相对移动变形；工作面回采t时间后，走向主断面距切眼x的点与其邻近点的相对移动变形值累计为e
t，x
，其计算公式如下：
[0027][0028]
式中，l
t，x
为工作面回采t时间后，距切眼x的点和其邻近测点的距离；
[0029]
l
0，x
—工作面开始回采时，距切眼x的点和其邻近测点的距离；
[0030]
工作面回采t时间后，倾向主断面距运输顺槽y的点与其邻近点的相对移动变形累
计为e
t，y
，其计算公式如下：
[0031][0032]
式中：l
t，y
—工作面回采t时间后，距运输顺槽y点和其邻近测点的距离；
[0033]
l
0，y
—工作面开始回采时，距运输顺槽y点和其邻近测点的距离。
[0034]
进一步优选地，步骤(2)中，根据式5和式6，计算工作面回采t时间后，走向方向距切眼x的点和倾向方向距运输顺槽y的点和其邻近点的距离
[0035][0036][0037]
进一步优选地，步骤(3)中，根据土壤的电镜sem扫描图，构建松散土壤微观粒子群模型，假设：
①
土壤微观粒子群模型为某一微小区域宏观土壤的微观体现；
②
土壤微观粒子群模型中的粒子均匀分布，粒子与粒子间距l相等，其中，l值等于某一微小区域宏观土壤颗粒的平均间距；
③
土壤微观粒子群模型中的粒子体积、重量相等，重量g等于某一微小区域宏观土壤颗粒的平均重量；
④
土壤微观粒子群模型受到外部扰动后，粒子间距发生变化，但仍是均匀分布。
[0038]
进一步优选地，步骤(3)中，土壤微观粒子群模型中粒子间距相等，将粒子两两连线，任意四个粒子都可以组成一个正四面体，正四面体体积为则土壤微观粒子群模型总体积v的计算公式如下：
[0039][0040]
式中：n为粒子群模型中粒子个数；l为粒子间距；
[0041]
假设回采工作面前方地表某i区域的单位体积土壤由n个微观粒子组成，粒子间距为l0；随着工作面推进和地表移动变形的演变，i区域的单位体积土壤微观粒子数量在时间t变为m，粒子间距变为l
t
，则煤炭开采扰动前后，土壤容重变化为：
[0042][0043]
式中：ρ0为未受扰动时土壤容重；
[0044]
ρ
t
为受扰动后t时间的土壤容重；
[0045]
g为i区域微观粒子群中单个粒子的重量；
[0046]
由式9、式10联立求解，可得
[0047][0048]
式中：l0为未受扰动时微观粒子群中粒子间距；
[0049]
l
t
为受扰动后t时间的微观粒子群中粒子间距。
[0050]
进一步优选地，步骤(4)中，从微观层面上，计算工作面回采t时间后，距切眼x的微
观粒子和其邻近粒子的距离l
t
′
，x
和工作面回采t时间后，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离l
t
′
，y
的计算公式如下：
[0051][0052][0053]
式中：l0′
，x
为工作面开始回采时，距切眼x的微观粒子点和其邻近粒子的距离；
[0054]
l0′
，y
—工作面开始回采时，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离。
[0055]
进一步优选地，步骤(4)中，将式11、式12和式13联立，建立煤炭开采扰动下宏观参数与微观参数的联系，基于地表移动变形的土壤性质变化预测模型为：
[0056][0057][0058]
式中：ρ
t，x
为工作面回采t时间后，距切眼x的点容重；
[0059]
ρ
0，x
为工作面开始回采时，距切眼x的点容重；
[0060]
l
0，x
为工作面开始回采时，距切眼x的微观粒子和其邻近粒子的距离；
[0061]
ρ
t，y
为工作面回采t时间后，距运输顺槽y的点容重；
[0062]
ρ
0，y
为工作面开始回采时，距运输顺槽y的点容重；
[0063]
l
0，y
为工作面开始回采时，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离；
[0064]
与地表移动变形相比，微观粒子和其邻近粒子距离非常小，可以忽略不计，则煤炭开采扰动下土壤性质变化规律可以表示为
[0065][0066][0067]
式中：f(t,x)为工作面回采t时间，距切眼x的点和邻近点的相对变形；
[0068]
f(t,y)为工作面回采t时间，距运输顺槽y的点和邻近点的相对变形。
[0069]
有益效果：
[0070]
本发明基于地表移动变形，预测土壤性质变化，适用于不同地区的不同土壤。相比于传统野外采样法和室内化学分析测试，该预测方法可以节省大量的人力物力，具有工作量小，成本低，精度高，可靠性高等优点，且可以获得区域土壤性质含量的空间分布信息。
[0071]
本发明方法可准确预测出土壤的性质及其变化，且精准度和准确度较高，该预测方法使用时操作简便，在运算效率、分析能力上都强于传统方法。能够广泛应用于工程实际，为后续土地资源的治理和利用提供依据。
附图说明
[0072]
图1是土壤的电镜扫描图；
[0073]
图2是土壤微观粒子群模型；
[0074]
图3是土壤微观粒子正四面体模型；
[0075]
图4是扰动前后土壤微观粒子群变化模型。
具体实施方式
[0076]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0077]
1.地表相邻两点相对移动变形计算
[0078]
受煤炭开采扰动影响，地表发生移动变形，地表各点的移动方向是指向盆地中心的，但是其移动量各不相同，现定义地表相邻两点相对移动变形，是指相邻两点的移动位移差与两点间距离的比值，用ε(mm/m)表示。它反映了移动盆地内地表沿某一方向受到的拉伸或压缩，用相邻两点间单位长度的移动位移差表示。
[0079]
为了研究问题的方便，将三维空间的移动问题简化为沿走向断面和沿倾向断面的两个平面问题，然后分析这两个断面内地表点的移动和变形。一般在移动盆地主断面上设有若干监测点，在地表移动前后测量各点的间距。
[0080]
在工作面回采t＝t1时间时，观测点1和其邻近测点2之间的间距为：
[0081][0082]
式中：为工作面回采t1时，观测点1和2的间距；
[0083]
为工作面回采t1时，观测点1的空间坐标；
[0084]
为工作面回采t1时，观测点2的空间坐标。
[0085]
在工作面回采δt时间后，δt＝t
2-t1，观测点1和其邻近测点2之间的间距为：
[0086][0087]
式中：为工作面回采t2时，观测点1和2的间距；
[0088]
为工作面回采t2时，观测点1的空间坐标；
[0089]
为工作面回采t2时，观测点2的空间坐标。
[0090]
则在工作面回采δt时间后，δt＝t
2-t1，测点1和2的相对移动变形为
[0091][0092]
以此类推，可以拟合求出工作面回采不同时间时，观测点1和2的相对移动变形函数ε
t,1
＝f(t,1)，ε
t,1
表示在t时刻观测点1和其邻近测点的相对移动变形，即在单位距离长度的相对移动值。
[0093]
工作面回采t时间后，观测点1和其邻近测点相对移动变形值累计为
[0094][0095]
式中：e
t，1
为工作面回采t时间后，观测点1和其邻近测点相对移动变形值；
[0096]
l
t，1
为工作面回采t时间后，观测点1和其邻近测点的距离；
[0097]
l
0，1
为工作面开始回采时，观测点1和其邻近测点的距离。
[0098]
2.地表移动盆地相对移动变形时空分布规律
[0099]
我国矿区大多采用剖面线观测站，走向观测线和倾向观测线互相垂直且相交，根据式1～式3，可以拟合求出工作面回采不同时间时移动盆地走向主断面和倾向主断面不同点与其邻近点的相对移动变形函数ε
t,x
＝f(t,x)和ε
t,y
＝f(t,y)，其中ε
t,x
表示在t时刻走向主断面距切眼x的点与其邻近点的相对移动变形，ε
t,y
倾向主断面距运输顺槽y的点与其邻近点的相对移动变形。
[0100]
工作面回采t时间后，走向主断面距切眼x的点与其邻近点的相对移动变形值累计为
[0101][0102]
式中：e
t，x
为工作面回采t时间后，距切眼x点和其邻近测点相对移动变形值；
[0103]
l
t，x
为工作面回采t时间后，距切眼x的点和其邻近测点的距离；
[0104]
l
0，x
为工作面开始回采时，距切眼x的点和其邻近测点的距离。
[0105]
工作面回采t时间后，倾向主断面距运输顺槽y的点与其邻近点的相对移动变形累计为：
[0106][0107]
式中：e
t，y
为回采t时间后，距运输顺槽y点和其邻近测点相对移动变形值；
[0108]
l
t，y
为工作面回采t时间后，距运输顺槽y点和其邻近测点的距离；
[0109]
l
0，y
为工作面开始回采时，距运输顺槽y点和其邻近测点的距离。
[0110]
由式5、式6，可得工作面回采t时间后，走向方向距切眼x的点和倾向方向距运输顺槽y的点和其邻近点的距离
[0111][0112][0113]
3.构建土壤微观粒子群模型
[0114]
根据土壤的电镜sem扫描图图1，构建松散土壤微观粒子群模型，假设条件为：(1)土壤微观粒子群模型为某一微小区域宏观土壤的微观体现；(2)土壤微观粒子群模型中的粒子均匀分布，粒子与粒子间距l相等，其中，l值等于某一微小区域宏观土壤颗粒的平均间距；(3)土壤微观粒子群模型中的粒子体积、重量相等，重量g等于某一微小区域宏观土壤颗粒的平均重量；(4)土壤微观粒子群模型受到外部扰动后，粒子间距发生变化，但仍是均匀分布。
[0115]
如图2和图3所示，土壤微观粒子群模型中粒子间距相等，将粒子两两连线，任意四个粒子都可以组成一个正四面体，正四面体体积则土壤微观粒子群模型总体积为：
[0116][0117]
式中：v为粒子群模型总体积；
[0118]
n为粒子群模型中粒子个数；
[0119]
l为粒子间距。
[0120]
受煤炭开采扰动后，近地表土壤发生移动变形，土壤孔隙率发生变化，土壤粒子间距也随之改变。假设回采工作面前方地表某i区域的单位体积土壤由n个微观粒子组成，粒子间距为l0；随着工作面推进和地表移动变形的演变，i区域的单位体积土壤微观粒子数量在时间t变为m，粒子间距变为l
t
，如图4所示。
[0121]
则煤炭开采扰动前后，土壤容重变化为：
[0122][0123]
式中：ρ0为未受扰动时土壤容重；
[0124]
ρ
t
为受扰动后t时间的土壤容重；
[0125]
g为i区域微观粒子群中单个粒子的重量。
[0126]
由式9、式10联立求解，可得
[0127][0128]
式中：l0为未受扰动时微观粒子群中粒子间距；
[0129]
l
t
为受扰动后t时间的微观粒子群中粒子间距。
[0130]
4.基于地表移动变形的土壤性质变化预测模型
[0131]
受煤炭开采扰动后，近地表土壤发生移动变形，土壤孔隙率发生变化。反映到微观层面上，土壤粒子移动速度的不同会引起粒子间距发生变化，当粒子间距离变大时，土壤会发生拉伸变形，且单位时间内粒子间距增大趋势超过土壤变形阈值时，会产生拉伸地裂缝；当粒子间距变小时，土壤会发生压缩变形。
[0132]
虽然式7、式8表达的是宏观层面不同煤炭开采扰动时间点下地表移动盆地各点和其临近点的相对位移情况，但由于函数的连续性，公式同样适用于微观层面。
[0133]
则
[0134][0135][0136]
式中：l
t
′
，x
为工作面回采t时间后，距切眼x的微观粒子和其邻近粒子的距离；
[0137]
l0′
，x
为工作面开始回采时，距切眼x的微观粒子点和其邻近粒子的距离。
[0138]
l
t
′
，y
为工作面回采t时间后，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离；
[0139]
l0′
，y
为工作面开始回采时，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离。
[0140]
将式11、式12和式13联立，可以建立煤炭开采扰动下宏观参数与微观参数的联系，基于地表移动变形的土壤性质变化预测模型为。
[0141][0142][0143]
式中：ρ
t，x
为工作面回采t时间后，距切眼x的点容重；
[0144]
ρ
0，x
为工作面开始回采时，距切眼x的点容重；
[0145]
l
0，x
为工作面开始回采时，距切眼x的微观粒子和其邻近粒子的距离；
[0146]
ρ
t，y
为工作面回采t时间后，距运输顺槽y的点容重；
[0147]
ρ0
，y
为工作面开始回采时，距运输顺槽y的点容重；
[0148]
l
0，y
为工作面开始回采时，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离。
[0149]
与地表移动变形相比，微观粒子和其邻近粒子距离非常小，可以忽略不计，则煤炭开采扰动下土壤性质变化规律可以表示为：
[0150][0151][0152]
式中：f(t,x)为工作面回采t时间，距切眼x的点和邻近点的相对变形。
[0153]
f(t,y)为工作面回采t时间，距运输顺槽y的点和邻近点的相对变形。
[0154]
本发明基于地表移动变形，预测土壤性质变化，适用于不同地区的不同土壤。相比于传统野外采样法和室内化学分析测试，该预测方法可以节省大量的人力物力，具有工作量小，成本低，精度高，可靠性高等优点，且可以获得区域土壤性质含量的空间分布信息。
[0155]
本发明方法可准确预测出土壤的性质及其变化，且精准度和准确度较高，该预测方法使用时操作简便，在运算效率、分析能力上都强于传统方法。能够广泛应用于工程实际，为后续土地资源的治理和利用提供依据。
[0156]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0157]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0158]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0159]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0160]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0161]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)首先，将三维移动简化为沿走向断面和沿倾向断面的平面移动，然后，计算地表相邻两点的相对移动变形；(2)假设采用剖面线观测站，且走向观测线和倾向观测线互相垂直且相交，计算走向方向距切眼x的点和倾向方向距运输顺槽y的点和其邻近点的距离；(3)构建土壤微观粒子群模型；(4)构建基于地表移动变形的土壤性质变化预测模型。2.根据权利要求1所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，步骤(1)中，定义地表相邻两点相对移动变形指相邻两点的移动位移差与两点间距的比值，用ε表示，ε的单位为mm/m，其计算公式如下：式中，为工作面回采t1时，观测点1和2的间距；为工作面回采t2时，观测点1和2的间距。3.根据权利要求2所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，和的计算公式如下：式中，为工作面回采t1时，观测点1的空间坐标；为工作面回采t1时，观测点2的空间坐标；式中，—工作面回采t2时，观测点1的空间坐标；—工作面回采t2时，观测点2的空间坐标。4.根据权利要求3所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，步骤(1)中，工作面回采t时间后，观测点1和其邻近测点相对移动变形值e
t，1
累计为：式中，l
0，1
为工作面开始回采时，观测点1和其邻近测点的距离。5.根据权利要求1～4任一项所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，步骤(2)中，拟合求出工作面回采时移动盆地走向主断面和倾向主断面不同点与其邻近点的相对移动变形函数ε
t,x
＝f(t,x)和ε
t,y
＝f(t,y)，其中，ε
t,x
表示在t时刻走向主断面距切眼x的点与其邻近点的相对移动变形，ε
t,y
倾向主断面距运输顺槽y的点与其邻近点的相对移动变形；工作面回采t时间后，走向主断面距切眼x的点与其邻近点的相对移动变形值累计为e
t，x
，其计算公式如下：
式中，l
t，x
为工作面回采t时间后，距切眼x的点和其邻近测点的距离；l
0，x
—工作面开始回采时，距切眼x的点和其邻近测点的距离；工作面回采t时间后，倾向主断面距运输顺槽y的点与其邻近点的相对移动变形累计为e
t，y
，其计算公式如下：式中：l
t，y
—工作面回采t时间后，距运输顺槽y点和其邻近测点的距离；l
0，y
—工作面开始回采时，距运输顺槽y点和其邻近测点的距离。6.根据权利要求5所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，步骤(2)中，根据式5和式6，计算工作面回采t时间后，走向方向距切眼x的点和倾向方向距运输顺槽y的点和其邻近点的距离输顺槽y的点和其邻近点的距离7.根据权利要求6所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，步骤(3)中，根据土壤的电镜sem扫描图，构建松散土壤微观粒子群模型，假设：
①
土壤微观粒子群模型为某一微小区域宏观土壤的微观体现；
②
土壤微观粒子群模型中的粒子均匀分布，粒子与粒子间距l相等，其中，l值等于某一微小区域宏观土壤颗粒的平均间距；
③
土壤微观粒子群模型中的粒子体积、重量相等，重量g等于某一微小区域宏观土壤颗粒的平均重量；
④
土壤微观粒子群模型受到外部扰动后，粒子间距发生变化，但仍是均匀分布。8.根据权利要求7所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，步骤(3)中，土壤微观粒子群模型中粒子间距相等，将粒子两两连线，任意四个粒子都可以组成一个正四面体，正四面体体积为则土壤微观粒子群模型总体积v的计算公式如下：式中：n为粒子群模型中粒子个数；l为粒子间距；假设回采工作面前方地表某i区域的单位体积土壤由n个微观粒子组成，粒子间距为l0；随着工作面推进和地表移动变形的演变，i区域的单位体积土壤微观粒子数量在时间t变为m，粒子间距变为l
t
，则煤炭开采扰动前后，土壤容重变化为：式中：ρ0为未受扰动时土壤容重；ρ
t
为受扰动后t时间的土壤容重；
g为i区域微观粒子群中单个粒子的重量；由式9、式10联立求解，可得式中：l0为未受扰动时微观粒子群中粒子间距；l
t
为受扰动后t时间的微观粒子群中粒子间距。9.根据权利要求8所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，步骤(4)中，从微观层面上，计算工作面回采t时间后，距切眼x的微观粒子和其邻近粒子的距离l
t
′
，x
和工作面回采t时间后，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离l
t
′
，y
的计算公式如下：如下：式中：l0′
，x
为工作面开始回采时，距切眼x的微观粒子点和其邻近粒子的距离；l0′
，y
—工作面开始回采时，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离。10.根据权利要求9所述的基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，其特征在于，步骤(4)中，将式11、式12和式13联立，建立煤炭开采扰动下宏观参数与微观参数的联系，基于地表移动变形的土壤性质变化预测模型为：于地表移动变形的土壤性质变化预测模型为：式中：ρ
t，x
为工作面回采t时间后，距切眼x的点容重；ρ
0，x
为工作面开始回采时，距切眼x的点容重；l
0，x
为工作面开始回采时，距切眼x的微观粒子和其邻近粒子的距离；ρ
t，y
为工作面回采t时间后，距运输顺槽y的点容重；ρ
0，y
为工作面开始回采时，距运输顺槽y的点容重；l
0，y
为工作面开始回采时，距运输顺槽y微观粒子和其邻近粒子的距离；与地表移动变形相比，微观粒子和其邻近粒子距离非常小，可以忽略不计，则煤炭开采扰动下土壤性质变化规律可以表示为
式中：f(t,x)为工作面回采t时间，距切眼x的点和邻近点的相对变形；f(t,y)为工作面回采t时间，距运输顺槽y的点和邻近点的相对变形。

技术总结
本发明属于土壤利用技术领域，具体涉及一种基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法。一种基于地表移动变形的土壤性质变化预测方法，包括如下步骤：(1)计算地表相邻两点的相对移动变形；(2)计算走向方向距切眼x的点和倾向方向距运输顺槽y的点和其邻近点的距离；(3)构建土壤微观粒子群模型；(4)构建基于地表移动变形的土壤性质变化预测模型。本发明基于地表移动变形，预测土壤性质变化，适用于不同地区的不同土壤。相比于传统野外采样法和室内化学分析测试，该预测方法可以节省大量的人力物力，具有工作量小，成本低，精度高，可靠性高等优点，且可以获得区域土壤性质含量的空间分布信息。信息。信息。


技术研发人员：杨英明 白璐 赵勇强 马振乾 刘新杰 宋子恒
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/10/15