欢迎来到利索能及~ 联系电话:18621327849
利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2017102677142
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于微观孔隙通道的饱和/非饱和渗透系数预测方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:

1)以微观连通孔隙通道渗流模型以及毛细理论为基础,建立以土-水特征曲线预测饱和渗透系数的模型以及非饱和渗透系数的模型;所述微观连通孔隙通道渗流模型是海量的孔隙通道渗透系数叠加起来所形成的;

2)通过压力板仪试验,测得不同类型土的土-水特征曲线,并按体积含水量划为n等份;

3)通过变水头试验,测得不同类型土的饱和渗透系数,根据步骤2)测得所对应土的土-水特征曲线以及步骤1)构建得到的以土-水特征曲线预测饱和渗透系数的模型得出不同类型土的综合渗透比例常数kc,同一类型土的综合渗透比例常数kc是一个定值;

4)根据某类型土的综合渗透比例常数kc和实测的土-水特征曲线,预测这一类型土的饱和渗透系数ks;通过实测某类型土的土-水特征曲线以及步骤1)构建得到的以土-水特征曲线预测非饱和相对渗透系数的模型计算得到非饱和相对渗透系数kr;结合预测得到的土的饱和渗透系数ks及非饱和相对渗透系数kr,相乘得非饱和渗透系数kw。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤1)的具体实现方式是:

1.1)获取饱和土的渗透系数;所述饱和土的渗透系数是海量的连通孔隙通道的渗透系数叠加起来所形成;所述海量的连通孔隙通道组成微观孔隙通道渗透模型;所述连通孔隙通道的等效孔径大小是非等同的;所述连通孔隙通道的渗流先后顺序是非等同的;所述饱和土的渗透系数的表达式是:其中:

Q为通过分析土样横截面A的总流量;

A为分析土样横截面总面积;

Ai为第i级孔隙通道横截面面积;

J为水力坡度;

di表示第i级孔隙通道等效直径;

γ表示流体的重度,所述γ=ρg;所述ρ是流体的密度;所述g是重力加速度;

ks表示饱和土的渗透系数;

μ表示流体的动力粘性系数;

1.2)根据毛细理论建立体积含水量表示的土-水特征曲线(SWCC)与孔隙通道的关系;

所述体积含水量表示的土-水特征曲线(SWCC)与孔隙通道的关系表达式为:其中:

ψi表示相应于di的基质吸力;

Ts为表面张力;

α为土与水的接触角;

di表示第i级孔隙通道等效直径;

θi=V/VT   (3)

其中:

θi表示相应于基质吸力ψi的体积含水量;

V表示等效直径小于等于di的孔隙通道累计体积;

di表示第i级孔隙通道等效直径;

VT表示分析土样总体积;

1.3)将步骤1.2)所得到的体积含水量表示的土-水特征曲线(SWCC)与孔隙通道的关系表达式与步骤1.1)所得到的饱和土的渗透系数相结合,得到饱和渗透系数模型,所述饱和渗透系数模型的表达式是:其中:

2 2

综合比例常数kc=γTscosα/(2piμ),式中pi是第i级孔通道实际长度与土样长度l比值,γ表示流体的重度,Ts为表面张力,α为土与水的接触角,μ表示流体的动力粘性系数,对于同一土样,所述综合比例常数为同一常数;

Δθi=θi+1-θi;所述Δθi是第i段的体积含水量改变量;

ψi是表示相应于di的基质吸力;所述ψi=(ψa+ψb)/2;所述ψa、ψb分别为di的基质吸力段的上下界限基质吸力值;

1.4)当总孔隙通道有n级,且只有1~m级通道充满水,所述m

Δθi=θi+1-θi;所述Δθi是第i段的体积含水量改变量;

ψi是表示相应于di的基质吸力;所述ψi=(ψa+ψb)/2;所述ψa、ψb分别为di的基质吸力段的上下界限基质吸力值。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述步骤2)的具体实现方式是:在已知不同类型土的土-水特征曲线(SWCC)实测值的基础之上,从最小实测含水量θL至饱和含水量θmax,将土-水特征曲线(SWCC)划分为n段,第i段的体积含水量改变量为Δθi=θi+1-θi,相应的等效基质吸力ψi=(ψa+ψb)/2,其中ψa、ψb为某级基质吸力段的上下界限基质吸力值;所述i≤n。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述将土-水特征曲线(SWCC)划分为n段时采用等分的方式,Δθ1=Δθ2=…=Δθn。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述步骤3)的具体实现方式是:测得饱和渗透系数,再根据Δθi、ψi以及式(4)得出不同类型土的综合渗透比例常数kc,所述综合渗透比例常数kc对于同一种类型土是相同的。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述步骤4)的具体实现方式是:根据土的类型,选择步骤2)中所确定的综合渗透比例常数kc;根据实测土的土-水特征曲线,确定Δθi、ψi,结合饱和渗透模型(4)式,得到土的饱和渗透系数ks。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:所述步骤4)中非饱和渗透系数kw的具体实现方式是:根据实测土的土-水特征曲线,结合模型(5)式得非饱和相对渗透系数kr,根据非饱和相对渗透系数kr得到非饱和渗透系数kw;所述非饱和渗透系数kw的表达式是:kw(θi=m)=ks×kr(θi=m)

其中:

ks是饱和渗透系数;

kr是非饱和相对渗透系数;

i是第i段;

m是第m段;

θ是土的体积含水量。