[发明专利]一种非饱和黄土水分入渗深度计算方法

权利要求书

1.一种非饱和黄土水分入渗深度计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采集不扰动土样：根据不扰动土样质量设计要求，在浸水区域采集不扰动土样；

步骤二、测量不扰动土样中土样的接触角；

步骤三、测量不扰动土样的土样的孔径大小；

步骤四、测量不扰动土样中土样的毛细孔隙的毛管阻力；

步骤五、测量浸水区域地表水头压力；

步骤六、根据公式计算非饱和黄土水分入渗深度h_c，其中，F为不扰动土样中土样的毛细孔隙的毛管阻力，w为浸水区域地表水头压力，r为不扰动土样的土样孔径大小，T为不扰动土样的表面张力，α为不扰动土样中土样的接触角，γ_w为水的重度。

2.按照权利要求1所述的一种非饱和黄土水分入渗深度计算方法，其特征在于：步骤二中，利用接触角测量仪测定不扰动土样中土样的接触角α；步骤三中，利用核磁共振成像分析仪测定不扰动土样中土样的孔径大小r。

3.按照权利要求1所述的一种非饱和黄土水分入渗深度计算方法，其特征在于：步骤四中，不扰动土样中土样的毛细孔隙的毛管阻力的测量过程如下：

步骤401、获取待测不扰动土样中的束缚水饱和度：利用核磁共振成像分析仪测定待测不扰动土样中的束缚水饱和度；

步骤402、放置待测不扰动土样：向离心套筒底部放置滤纸，将待测不扰动土样从核磁共振成像分析仪中取出，在其外侧包纱布或热缩膜后，放置在带有滤纸的离心套筒内；

步骤403、待测不扰动土样的离心试验：将装有待测不扰动土样的离心套筒放入离心机中；再取三个与待测不扰动土样同质量且形状相同的试样分别装入离心套筒中，并放入离心机中，使离心机中四个离心套筒呈中心对称布设；盖好离心机盖子，设置离心机转速，对待测不扰动土样进行离心试验；

步骤404、获取当前离心力：根据公式计算当前离心力P，其中，Δρ为水密度与空气密度之差，L为待测不扰动土样长度，R_e为待测不扰动土样的外旋转半径，n为离心机转速；

步骤405、待测不扰动土样去水：待测不扰动土样的离心试验结束后，将待测不扰动土样从离心套筒中取出，将待测不扰动土样表面水渍吸去，此时待测不扰动土样变为测后土样，并称量所述测后土样的质量；

步骤406、将测后土样视为待测不扰动土样，循环步骤401至步骤405，直至待测不扰动土样中束缚水饱和度小于20％；

步骤407、获取当前离心力关于束缚水饱和度的微段插值函数：利用origin软件建立束缚水饱和度和对应的当前离心力之间非线性关系，调取origin软件中的非线性曲线拟合模块，拟合束缚水饱和度和对应的当前离心力之间的曲线；将origin软件中拟合的束缚水饱和度和对应的当前离心力之间的曲线导入MATLAB数值分析软件内，对曲线进行微段分割，在每个微段曲线内，采取插值法求出每个微段曲线的微段插值函数P_i＝f_i(x)，其中，变量x表示束缚水饱和度，P_i为第i个微段曲线中关于变量x的当前离心力因变量，f_i(·)为第i个微段曲线中当前离心力关于束缚水饱和度的函数映射关系，i为微段曲线编号且i＝1,2，…I，I为拟合的束缚水饱和度和对应的当前离心力之间的曲线中微段曲线的分割总数；

步骤408、测定不扰动土样中土样的毛细孔隙的毛管阻力：根据公式计算第i个微段曲线的微段插值函数P_i＝f_i(x)的曲率半径R_i，其中，P_i'为P_i的一阶导数，P_i”为P_i的二阶导数；

对I个曲率半径值进行由大至小排序，获取最小曲率半径R_min；

再通过最小曲率半径R_min获取对应位置处的束缚水饱和度x₀；

将束缚水饱和度x₀带入其对应的微段插值函数中，计算此时的束缚水饱和度x₀对应的离心力，在土壤毛细孔隙中毛细水全部流出之前土体结构率先破坏，最小曲率半径R_min时土体结构破坏，待测不扰动土样土体结构破坏时的离心力为不扰动土样中土样的毛细孔隙的毛管阻力，即束缚水饱和度x₀对应的离心力为不扰动土样中土样的毛细孔隙的毛管阻力F。

4.按照权利要求3所述的一种非饱和黄土水分入渗深度计算方法，其特征在于：步骤407中，对曲线进行微段分割时，每个微段曲线中两端点对应的束缚水饱和度的差值绝对值为10^-5～5×10^-5。