[发明专利]一种复合土层竖向渗流破坏模式判别方法

权利要求书

1.一种复合土层竖向渗流破坏模式判别方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一：将n层成层土从下到上依次编号：土层1，土层2，…土层i…，土层n-1，土层n，根据试验确定各个土层的土颗粒比重G_si、渗透系数k_i、孔隙比e_i、各土层的渗流长度L_i；

步骤二：通过各个土层的临界水力坡降i_cri计算各个土层的“临界水头差Δh_cri”，计算公式如下式所示：

Δh_cri＝i_criL_i

步骤三：确定初始所有土层的总水头差ΔH₁，开始第1次土层渗流破坏模式判别循环，根据水流连续原理和达西定律，按下式计算各个土层的“计算承担水头差Δh_1ti”：

Δh_1t1+Δh_1t2+…+Δh_1ti+…+Δh_1tn＝ΔH₁

步骤四：对比“土层临界水头差Δh_cri”和“土层计算承担水头差Δh_1ti”，土层实际承担水头差Δh_1i按照以下3种情况判别：

(1)当Δh_1ti≤Δh_cri时，则“土层计算承担水头差Δh_1ti”未超过“临界水头差Δh_cri”，土层i处于稳定状态，此时土层实际承担水头差Δh_1i＝Δh_1ti；

(2)当Δh_1tiΔh_cri，且i≠n时，则“土层计算承担水头差Δh_1ti”已经大于“临界水头差Δh_cri”，此时土层已处于悬浮状态，土层实际承担水头差Δh_1i＝Δh_cri；此时“土层计算承担水头差Δh_1ti”与“临界水头差Δh_cri”的差值会传递到距离该土层最近的上部处于稳定状态的土层上，将该差值命名为该土层“未承担额外水头差Δh_1ei”，如下式所示：

Δh_1ei＝Δh_1ti-Δh_cri

(3)当Δh_1tnΔh_crn时，则最上部土层n已经处于流土状态，由于土层n上部没有其他土层约束其变形，故此种情况土层n已被水流冲散不复存在，实际承担水头差Δh_1n＝0；此时该土层“未承担额外水头差”Δh_1en＝Δh_1tn，由于土层n已不存在，故土层n-1变为新的土层n，土层总数量减少1层，所有土层需要重复步骤三重新计算各个土层的“计算承担水头差Δh_1ti”，直到存在一层最上层土n，满足其Δh_1tn≤Δh_crn为止；

步骤五：经过步骤三和步骤四第1次循环结束，如果有土层存在“未承担额外水头差Δh_1ei”，则开始进行第2次土层渗流破坏模式判别循环，从下到上拥有“未承担额外水头差Δh_1ei”的土层i，其Δh_1ei由其上部距离最近的处于稳定状态的土层j承担，此时土层j的“计算承担水头差Δh_2tj”，计算公式如下：

步骤六：将步骤五中承受下部土层“未承担额外水头差Δh_1ei”且处于稳定状态的土层j的“临界水头差Δh_crj”与“计算承担水头差Δh_2tj”按照步骤四中的3种情况进行判别，如果仍然有“未承担额外水头差”的土层存在则开始第3次循环，直到所有土层的实际承担水头差小于等于其“临界水头差”，或者所有土层都已被水流冲散不复存在为止。

2.根据权利要求1所述的一种复合土层竖向渗流破坏模式判别方法，其特征在于：通过上述多次循环可获得各个土层所处的状态，判定土层是否发生渗流破坏。

3.根据权利要求1所述的一种复合土层竖向渗流破坏模式判别方法，其特征在于：循环过程不适用于有管涌发生的土层。