1.一种统一的非饱和土相对渗透系数简化预测方法,其特征在于:所述预测方法包括如下步骤:
1)结合已有的四种相对渗透系数经典模型和已有的土-水特征曲线分形模型,提出一种统一的非饱和土相对渗透系数简化预测模型及参数模型取值方法:其中:Kr(ψ)表示非饱和土相对渗透系数、ψa为进气值、ψ为基质吸力、Sr为饱和度;
参数D为分维数,模型取值方法如下:当2.8≤D<3时,f(Sr)取Sr3或Sr;
当2.6≤D<2.8时,f(Sr)取Sr3;
当2.2≤D<2.6时,f(Sr)取(8-2D/3-D)Sr-(5-D/3-D)Sr2、Sr2.5或Sr3;
当D<2.2时,f(Sr)取(8-2D/3-D)Sr-(5-D/3-D)Sr2或Sr2.5;
2)基于压力板试验测得土-水特征曲线实测数据,得到测量基质吸力ψ0和测量饱和度Sr0;
3)根据步骤2)中测量基质吸力ψ0和测量饱和度Sr0并结合步骤1)中土-水特征曲线分形模型的表达式,拟合得到测量分维数D0及测量进气值ψa0;
4)根据步骤3)中拟合得到的测量分维数D0在步骤1)中选取相应的f(Sr),并将测量进气值ψa0和f(Sr)带入公式(1)进行非饱和土相对渗透系数的预测;
结合已有的四种相对渗透系数经典模型和已有的土-水特征曲线分形模型提出一种统一的非饱和土相对渗透系数简化预测模型具体过程如下:
1a)已有的非饱和土相对渗透系数模型包括TK相对渗透系数模型
CCG相对渗透系数模型
Mualem相对渗透系数模型
Burdine相对渗透系数模型
其中:Kr为非饱和土相对渗透系数、Sr为饱和度、θ为体积含水量、θs表示饱和含水量、θr表示最小体积含水量、ψ为基质吸力
已有的土-水特征曲线分形模型的表达式为其中:Kr为非饱和土相对渗透系数、Sr为饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力;
1b)采用已有的土-水特征曲线分形模型的表达式(2)中ψ≥ψa进行推导,公式(2)两边同时求导可得:
dx=dSr=(D-3)ψa3-DψD-4dψ (7)将公式(7)带入公式(3)、公式(4)、公式(5)、公式(6)中可得公式(8)、公式(9)、公式(10)、公式(11):
Kr为非饱和土相对渗透系数、Sr为饱和度、Sr min为残余饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、ψd为最大基质吸力、D为分维数;
Kr为非饱和土相对渗透系数、φ为孔隙率、Sr为饱和度、Sr min为残余饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、ψd为最大基质吸力、D为分维数;
Kr为非饱和土相对渗透系数、Sr为饱和度、Sr min为残余饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、ψd为最大基质吸力、D为分维数;
Kr为非饱和土相对渗透系数、Sr为饱和度、Sr min为残余饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、ψd为最大基质吸力、D为分维数;
又由于ψd>>ψa,所以忽略(ψa/ψd)4-D、(ψa/ψd)5-D、ψa/ψd)8-2D,可将公式(8)、公式(9)、公式(10)、公式(11)简化得到公式(12)、公式(13)、公式(14)、公式(15):由公式(12)~公式(15)提出一种统一的非饱和土相对渗透系数简化预测模型Kr为非饱和土相对渗透系数、Sr为饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、D为分维数;
根据分维数D的大小,f(Sr)取Sr、(8-2D/3-D)Sr-(5-D/3-D)Sr2、Sr2.5或Sr3。
2.根据权利要求1所述统一的非饱和土相对渗透系数简化预测方法,其特征在于:所述步骤3)中,测量分维数D0及测量进气值ψa0拟合方法具体为:基于测得的土-水特征曲线实测数据,舍去含水量未改变的低基质吸力段数据,用-lnψ作为横坐标、lnSr作为纵坐标,绘制散点图,然后作直线拟合,得到斜率k,则测量分维数D0=3-k;基于所得测量分维数D0,采用公式(2)中ψ>ψa对测得的土-水特征曲线实测数据进行拟合,得到测量进气值ψa0。