1.一种基于VG模型预测非饱和土相对渗透系数的方法,其特征在于:所述预测方法包括如下步骤:
1)结合TK相对渗透系数模型、土水特征曲线分形模型及VG模型提出一种预测非饱和土相对渗透系数模型,预测非饱和土相对渗透系数模型为:kr(ψ)为预测非饱和土相对渗透系数,a、m、n均为VG模型拟合参数,ψa为进气值,ψ为基质吸力;其中,VG模型拟合参数a的单位为kPa-1、其值为进气值ψa的倒数,VG模型拟合参数n与土的孔隙分布有关,VG模型拟合参数m与土体特征曲线的整体对称性有关;
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ψ1和测量饱和度Sr1;
3)根据步骤2)中测量基质吸力ψ1和测量饱和度Sr1代入VG模型中拟合出土水特征曲线,得出测量拟合参数a0、m0、n0,根据拟合参数a与进气值ψa的关系,计算测量进气值ψa0;
4)将设定的基质吸力ψ0、计算出测量进气值Ψa0和步骤3)中测量拟合参数a0,m0,n0代入公式Ⅳ中计算出非饱和土相对渗透系数,即为非饱和土相对渗透系数的预测值,其中ψ0>0。
2.根据权利要求1所述基于VG模型预测非饱和土相对渗透系数的方法,其特征在于:所述步骤1)中,结合TK相对渗透系数模型、土水特征曲线分形模型及VG模型提出的预测非饱和土相对渗透系数模型具体过程如下:
1a)TK相对渗透系数模型为
其中kr(θ)为相对渗透系数、θ为体积含水率、ψ为基质吸力、θr为残余体积含水率、θs为饱和体积含水率;
土水特征曲线分形模型为
其中,Sr为饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、D为分维数;
VG模型为
其中,Se为有效饱和度,ψ为基质吸力,a、m、n均为VG模型拟合参数,其中VG模型拟合参数a的单位为kPa-1、其值为进气值ψa的倒数,VG模型拟合参数n与土的孔隙分布有关,VG模型拟合参数m与土体特征曲线的整体对称性有关;
1b)将土水特征曲线分形模型公式Ⅱ两边同时求导,得
由于体积含水率θ对应饱和度Sr或ψ,θr为残余体积含水率对应饱和度Srmin或ψd,饱和体积含水率θs对应饱和度为1或ψa,且ψd为最大基质吸力,并将公式Ⅴ代入公式Ⅰ中,得由于ψd>>ψa,所以忽略(ψa/ψd)5-D,并结合公式Ⅱ简化得到公式Ⅵ将Ⅲ式代入Ⅵ式,且有效饱和度Se与饱和度近Sr近似相等得到预测非饱和土相对渗透系数模型
3.根据权利要求1所述基于VG模型预测非饱和土相对渗透系数的方法,其特征在于:所述步骤2)中,压力板试验所用仪器为体积压力板仪,气压力分别为5kPa、10kPa、25kPa、
50kPa、100kPa、200kPa,绘出全部干燥曲线,完成干燥过程后试验继续沿浸湿过程进行,减小基质吸力,递减段气压分别为100kPa、50kPa、25kPa;试验结束后卸除气压,称量湿土样和烘干后土样重,根据量管起始和结束读数,计算出最后一组试样的含水量,然后反算相应于其他吸力值的质量含水量,然后推出体积含水量,最后绘制基质吸力与含水量关系曲线,即土水特征曲线。
4.根据权利要求1所述基于VG模型预测非饱和土相对渗透系数的方法,其特征在于:所述步骤3)中,具体拟合过程如下:根据步骤2)中测量基质吸力ψ1和测量饱和度Sr1代入VG模型中,Sr1为VG模型的Sr、ψ1为VG模型的ψ,舍去含水量未改变的低基质吸力段数据,进而拟合出土水特征曲线,得出测量拟合参数a0、m0、n0,根据VG模型拟合参数a的值为进气值ψa的倒数,计算测量进气值ψa0,ψa0为测量拟合参数a0的倒数。