[发明专利]基于VG模型的变形土进气值预测方法

说明书

本发明提供一种基于VG模型的变形土进气值预测方法，能够快速、有效地预测变形土进气值，该变形土进气值预测方法的特征在于，包括如下步骤：步骤1.基于压力板试验测得变形条件下的测量基质吸力ψ₀与测量质量含水率w₀的系列实测数据；步骤2.将测量基质吸力ψ₀和测量质量含水率w₀系列实测数据代入VG模型中拟合出土‑水特征曲线，并基于该土‑水特征曲线得出测量拟合参数a₀、m₀、n₀；以及步骤3.将测量拟合参数a₀、m₀、n₀代入变形土进气值预测模型中，计算出变形条件下土体进气值，即为预测值。

技术领域

本发明属于土体孔隙结构分布特性和非饱和土持水特性技术领域，具体涉及一种基于VG模型的变形土进气值预测方法。

技术背景

进气吸力值ψ_a(air entry value)是指饱和土壤脱水过程中开始进入空气时的吸力值。当土壤中的水分处于饱和状态时，若对土壤施加微小的吸力，土壤中并无水排出，含水量仍维持饱和值。当吸力增加至进气吸力值后，土壤中最大孔隙不能抗拒所施加的吸力，于是土壤开始排水，含水量开始减小。进气值(即、进气吸力值)是土-水特征(脱湿)曲线上的一个突变点，通过将土-水特征曲线上斜线段延长，并与饱和含水率对应的水平轴相交，其交点对应的基质吸力即是进气值；在此吸力之前，含水率的变化是微小的；当基质吸力达到进气值后，含水率随着吸力的增加而大幅度下降。进气值的精度对起点在高饱和度区的脱湿扫描线有较大的影响，同时对于毛细阻滞型防渗层设计也起到至关重要的作用。因此，对变形条件下土体进气值进行预测是土-水特征曲线研究中一项非常重要的工作。

目前使用较多的描述土-水特征曲线的模型为van Genuchten模型，该模型的吸力范围较广，能够表示全负压范围内的土-水特征曲线，对不同种类的介质拟合效果良好，具有广泛的适用性。

进气值预测常采用传统作图法或拟合参数估算的结果，计算过程较复杂，人为因素较多，且变形条件下土体进气值预测较繁琐。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于VG模型的变形土进气值预测方法，能够快速、有效地预测变形土进气值。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种基于VG模型的变形土进气值预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.基于压力板试验测得变形条件下的测量基质吸力ψ₀与测量质量含水率w₀的系列实测数据；

步骤2.将测量基质吸力ψ₀和测量质量含水率w₀系列实测数据代入VG模型中拟合出土-水特征曲线，并基于该土-水特征曲线得出测量拟合参数a₀、m₀、n₀；

步骤3.将测量拟合参数a₀、m₀、n₀代入变形土进气值预测模型中，计算出变形条件下土体进气值，即为预测值，

变形土进气值预测模型为：

式中ψ为基质吸力，a表示与进气值有关的参数，n表示基质吸力大于进气值后与脱水速率有关的参数，m是与残余水量有关的参数，G_s为土粒相对密度，e₁为变形前初始孔隙比，w_s为饱和质量含水率，w_r为残余质量含水率。