[发明专利]一种预测不同孔隙比条件下非饱和绝对渗透系数的方法

说明书

本发明公开了一种预测不同孔隙比条件下非饱和绝对渗透系数的方法，通过试验测得在变形前初始孔隙比esubgt;0/subgt;、不同基质吸力Ψ下土样的非饱和绝对渗透系数k实测数据，进而得到变形前初始孔隙比esubgt;0/subgt;时非饱和绝对渗透系数k与基质吸力Ψ的关系图；然后以公式I计算变形后不同孔隙比e土样的饱和渗透系数ksubgt;s/subgt;为基础，通过作水平平行线的方法预测任意变形条件下的非饱和绝对渗透系数k；突破了已有模型只能预测非饱和相对渗透系数的局限性，克服了对变形条件下渗透系数的预测模型较复杂，计算较繁琐等缺点。

技术领域

本发明涉及研究岩土工程中非饱和土水-力耦合以及变形条件下土体的渗流特性技术领域，具体涉及一种预测不同孔隙比条件下非饱和绝对渗透系数的方法。

背景技术

研究表明：定量描述土体变形对非饱和渗透性系数的影响规律，是建立考虑水力、力学特性相互影响的土体本构模型，进行非饱和土流固耦合分析等研究的基础，因此建立不同孔隙比条件下土体的非饱和渗透系数预测方法具有极其重要的意义。

非饱和绝对渗透系数可以通过试验直接获取，但直接测试的方法不仅操作复杂、耗时耗力，而且现有测试仪器的测量精度和可操作性仍有待提高。此外，复杂条件下的非饱和土渗透分析也必须以渗透系数预测方法为基础，比如试验无法满足任意变形条件下非饱和绝对渗透系数的测量需求。然而，目前针对非饱和渗透系数的预测大部分都是预测非饱和相对渗透系数，得到的只是一个比值，不能得到一个确切的数。而且对于不同孔隙比条件下的非饱和渗透系数，目前以经验法或半经验半理论预测为主，计算相当繁琐，缺乏理论支撑。可见，对不同孔隙比条件下非饱和绝对渗透系数的预测方法进行研究是具有重要意义的。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种简便且精度高的预测不同孔隙比条件下非饱和绝对渗透系数的方法。

为实现上述目的，本发明所设计的预测不同孔隙比条件下非饱和绝对渗透系数的方法，所述预测方法为：通过试验测得在变形前初始孔隙比e₀、不同基质吸力Ψ下土样的非饱和绝对渗透系数k实测数据，进而得到变形前初始孔隙比e₀时非饱和绝对渗透系数k与基质吸力Ψ的关系图；然后以公式I计算变形后不同孔隙比e土样的饱和渗透系数k_s为基础，通过作水平平行线的方法预测任意不同孔隙比条件下的非饱和绝对渗透系数k；

其中，公式I为

式I中，k_c为渗透比例常数，对于同一土样，该值为常数；D为分维数；Ψ_a为进气值；其中，γ为重度，μ为孔隙水压力，p_i为第i级孔隙通道实际长度与土样长度L比值为p_i，T_s为表面张力，α为接触角。

进一步地，具体作平行线的方法为：基于通过变形前初始孔隙比e₀、不同基质吸力Ψ下土样非饱和绝对渗透系数k与基质吸力Ψ的关系图，在小于变形后的进气值Ψ_a的低吸力阶段，k-Ψ曲线为一组平行的水平线，在大于变形后的进气值Ψ_a的高吸力阶段，k-Ψ曲线为一重合线。

进一步地，所述公式I的具体推导过程如下：

结合土-水特征曲线分形模型和TaoKong饱和渗透系数模型，利用分形理论推导；

其中，土-水特征曲线分形模型表达式为：

其中：θ为体积含水量，e为孔隙比，Ψ_a为进气值，Ψ为基质吸力；

TaoKong饱和渗透系数模型的表达式是：