[发明专利]一种预测土水特征曲线滞回行为的方法

说明书

本发明涉及一种预测土水特征曲线滞回行为的方法，本发明利用已有方法测得土体任意一个初始干密度的脱湿土‑水特征曲线，结合压缩变形影响下的土‑水特征曲线及其简化表征方法做出任意干密度的脱湿曲线，通过对土体脱/吸湿过程中体积和含水率变化的测量得到ρ_d‑w曲线，基于此预测考虑孔隙结构变化的吸湿曲线，在此基础之上，利用Young‑Laplace理论考虑接触角的变化，从而可以预测任意初始干密度ρ₀的吸湿土‑水特征曲线。用这种方法可以减少试验测量曲线的工作量，使试验难度大大降低，从而更加高效地预测土‑水特征曲线，对非饱和土水力特性研究具有重大的促进意义，使得对非饱和土工程性质的研究更加方便。

技术领域

本发明属于初始干密度条件下非饱和土的土-水特征曲线滞回效应研究领域，涉及一种预测土水特征曲线滞回行为的方法，尤其是涉及一种基于脱湿曲线、利用脱/吸湿过程土体体积变化及接触角变化来预测土-水特征曲线滞回行为的方法。

背景技术

土-水特征曲线描述了基质吸力与含水率(或饱和度)之间的关系，是了解土体剪切强度、渗透特性和变形特性的间接指标。土-水特征曲线的直接测量方法包括压力板测试法、张力计法、盐溶液法、滤纸法以及TDR基质吸力量测法。然而，直接测量法耗时费力，费用高，且只能测定特定状态(同一干密度或孔隙比)下的土-水特征曲线，所以能够简便高效的预测出土水特征曲线是很有必要的。因此，一些学者往往采用数学模型来对土-水特征曲线进行预测或数学表达。常用的土-水特征曲线模型有Gardner模型、Brooks-Corey模型、VanGenuchten模型、Fredlund-Xing模型等，但这些模型并未考虑到土体干湿循环过程土-水特征曲线的滞回现象。目前，在研究干湿循环土-水特征曲线比较好的方法是陈勇的“L”模型，但这种方法需要测得一次干湿循环的数据才能对后续多次干湿循环进行预测，在实际操作上还是复杂且耗时。

现有技术在已压缩变形影响下SWCC的简化表征方法为理论基础，在已知初始干密度ρ₀的脱湿土水特征曲线的情况下，可以做出任意干密度(＞ρ₀)的脱湿曲线，但此方法并未考虑到吸湿过程及接触角的变化。土-水特征曲线(SWCC)代表着基质吸力与含水量关系不是一一对应的，在干湿循环路径下该曲线呈现出滞回特性，引起滞回效应的因素众多，主要有墨水瓶滞回效应、接触角滞回效应、有效应力参数的滞回效应等，因此在研究干湿循环土水特征曲线时，需要考虑滞回效应，并且提出一种土-水特征曲线滞回行为的新方法显得尤为重要。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种快捷、有效且经济的预测土水特征曲线滞回行为的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预测土水特征曲线滞回行为的方法，所述方法包括如下步骤：

1)按照《土工试验方法标准》将所取土制成初始干密度ρ₀的饱和样；

2)将已知初始干密度ρ₀的饱和样进行脱湿实验以及吸湿实验，记录土样脱湿过程以及吸湿过程中横截面积变化，记录土样纵向高度的变化，同时测出对应的质量含水率，作出ρ_d-w曲线；

3)通过已有数据(已有数据是在实验中通过压力板仪测得的基质吸力与质量含水率之间关系的数据)做出初始干密度ρ₀的脱湿土水特征曲线，再结合压缩变形影响下SWCC的简化表征方法可以得出任意干密度的脱湿曲线；所述任意干密度均大于初始干密度；

4)由步骤2)的ρ_d-w曲线，根据吸湿至每一级含水率所对应的土体干密度在任意干密度的脱湿曲线中预测考虑孔隙结构变化的吸湿曲线；