[发明专利]一种黄土浸水孔隙变化条件下持水特性的预测方法

说明书

一种黄土浸水孔隙变化条件下持水特性的预测方法，通过假定黄土浸水增湿过程的孔隙结构演化规律，通过引入压缩因子和平移因子描述黄土浸水孔隙变化导致的孔隙体积函数变化规律，推导出孔隙指标e与压缩因子与平移因子的关系；进而从孔隙体积函数出发，引入孔隙指标，基于Gardner模型建立了考虑浸水孔隙变化影响的黄土土水特征曲线模型，模型包含6个参数，当不考虑孔隙变形影响时，模型退化为Gardner模型；然后开展不同孔隙条件下黄土的土水特征试验，选取初始状态对模型参数进行标定，并对不同孔隙条件下模型结果进行验证，表明模型具有良好的模拟能力，能够准确预测不同孔隙变形条件下黄土土水特征曲线演化；具有预测准确，灵活高效，实用性强的优点。

技术领域

本发明属于黄土参数预测技术领域，具体涉及一种黄土浸水孔隙变化条件下持水特性的预测方法。

背景技术

天然原状黄土具有大孔隙结构，浸水增湿可导致其孔隙结构破坏，宏观表现为湿陷现象。浸水增湿过程中孔隙结构发生明显变化，这就导致了黄土的多项参数发生了改变，其中改变了黄土的持水特性，准确描述孔隙改变时的土水特性演化规律具有重要意义。目前关于黄土的土水特性已多有研究，对于一般土体，孔隙结构变化不大，土水特性改变可不考虑孔隙变化影响，预测结果也相对准确，但对于孔隙结构明显的土体，孔隙结构变化对土水特性造成明显影响，如何预测黄土浸水孔隙变化条件下的土水特性是研究的重点。

针对黄土浸水孔隙变化引起的土水特性变化研究还比较少见，黄土具有大孔隙性和结构性，浸水引起的孔隙变化对土水特性的影响不可忽略，目前如果要研究不同孔隙条件下黄土持水特性规律，只能通过设计不同孔隙的多组试验进行测试，而试验也具有两方面缺点，一方面是土水特性试验费时费力，开展一组试验需要花费数月时间；另一方面，设计的不同孔隙比试验很难满足同一试样浸水孔隙变化过程，所得结果也有所偏差。目前还没有一种能够较为准确预测黄土孔隙变形条件下持水特性变化规律的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种黄土浸水孔隙变化条件下持水特性的预测方法，能够分析预测黄土浸水孔隙变化条件下的持水特性变化规律，具有简便可靠的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。

一种黄土浸水孔隙变化条件下持水特性的预测方法，具体包括以下步骤：

步骤一、确定浸水孔隙变化条件下黄土孔隙分布函数的变化规律

1.1：现场取得黄土试样，分别测定含水率w、密度ρ及土粒比重Gs，然后换算得到孔隙比e：其中：ρw是4℃时水的密度；

1.2：对多个黄土试样分别进行30％、50％、70％和90％饱和度的浸水，并采用第一步的方法分别测定其30％、50％、70％和90％饱和度状态下的孔隙比，同时采用SEM手段观测其微观结构，分析上述不同浸水状态下黄土试样微观孔隙结构变化规律，确定浸水孔隙变化条件下黄土试样孔隙分布函数的变化规律：其中：r为孔隙半径，孔隙半径全部位于最小半径r_min和最大半径r_max之间；

1.3：根据步骤1.2中确定的黄土不同浸水程度的孔隙分布函数变化规律，确定黄土浸水不会改变孔隙分布函数的整体形状，只改变孔隙分布函数的位置和大小；

步骤二、推导未浸水天然状态黄土的孔隙体积分布函数

2.1：定义黄土的孔隙体积函数，天然原状黄土可认为是由大小不同的孔隙及颗粒组成的多孔介质，f(r)为多孔介质的孔隙体积函数，根据Gabriele的定义有：其中：F^e(R)为孔隙半径小于R的孔隙对总孔隙比的贡献，表达式为F^e(R)＝e·F(R)＝e_w(R)，e_w(R)为水分比，S_r(R)为饱和度；