[发明专利]智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测系统及方法

说明书

本发明属于非饱和土检测技术领域，公开了一种智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测系统及方法，所述智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测系统包括：水分检测模块、张力检测模块、水气压检测模块、主控模块、曲线绘制模块、渗透函数构建模块、动力计算模块、存储模块、数据显示模块。本发明通过渗透函数构建模块可以获得较准确的土的非饱和渗透性函数及系数；同时，通过动力计算模块实现了荷载项的实时调整，并与时间步长相对应，如果混合误差大于误差允许值，可实现返回修正，进行重新计算，达到提高计算精度的目的。

技术领域

本发明属于非饱和土检测技术领域，尤其涉及一种智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测系统及方法。

背景技术

非饱和土是指土壤孔隙由水和空气填充，即饱和度小于100时但大于0时的土壤。非饱和土在自然界广泛地存在，真正的饱和土在自然界是很少的，尤其在干旱与半干旱地区，由于受气候条件的影响，存在着若干种具有特殊性质的土类，如膨胀土、崩解土(黄土等)、残积土等，统称为“特殊土”。它们均具有非饱和土的基本特性，即土体内通常存在着吸力。这种特征在膨胀土中表现得尤为明显和重要。非饱和土是一种三相土，与饱和土不同，非饱和土中不仅有固相(土粒及部分胶结物质)和液相(水和水溶液)，而且还有气相(空气和水汽等)存在。气相的存在使土的性质大为复杂化，它的基本特性与饱和土有所不同，这些特性给非饱和土工程性状的研究带来了许多困难，以致目前对非饱和土基本性质的研究仍不很成熟，而非饱和土的理论原理和计算方法以及它们介入工程的程度则还处于初步阶段。然而，现有获得非饱和土渗透性数据不准确；同时，对非饱和土动力数值计算的精度和效率不能很好的统一，时间步长越小则精度越高，同时计算时间也越长；时间步长较大时，计算时间短，但精度却不能保证。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有获得非饱和土渗透性数据不准确；同时，对非饱和土动力数值计算的精度和效率不能很好的统一，时间步长越小则精度越高，同时计算时间也越长；时间步长较大时，计算时间短，但精度却不能保证；温度因素会影响水分传感器、压力传感器采集数据的准确度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测系统及方法。

本发明是这样实现的，一种智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测方法，所述智能非饱和土土水特性曲线与渗透系数检测方法包括：

第一步，利用基于直线拟合的最小二乘方法进行温度补偿的水分传感器检测非饱和土的水分数据；利用土壤张力传感器检测非饱和土的张力数据；利用基于牛顿插值算法进行温度补偿的压力传感器检测非饱和土中水压、气压数据；

第二步，利用数据处理软件绘制土水特性曲线；

第三步，利用数据处理软件根据检测的数据构建渗透函数；

第四步，利用数据处理软件根据检测的数据计算非饱和土动力数值；

第五步，利用存储器存储检测的水分、张力、水压、气压、渗透函数、动力数据信息；

第六步，利用显示器显示检测系统界面及采集的水分、张力、水压、气压、渗透函数、动力数据信息。

进一步，所述第一步中直线拟合的最小二乘算法如下：利用线性最小二乘法拟合出直线方程，在最终求得关系式中加上参量系数ξ补偿温度产生微小影响，根据A/D转换后的输出直接用直线方程比较准确地求得对应的输入信号x，简化输出信号的处理方式：有一组测量实验值，

(x_i，y_i)，i＝1，2，…，n

n＞2，t_i∈[t₁，t₂]，数据分布接近直线，其近似函数设为y＝α+βx+e，式中α和β为最小二乘估计值，e是观测值与拟合模型之间的残差，运用最小二乘法时，误差采用最小化残差的平方和，即：