[发明专利]一种基于饱和渗透系数预测进气值的简化统一的方法

说明书

本发明公开了一种基于饱和渗透系数预测进气值的简化统一的方法。该方法以T‑K模型和土水特征曲线分形模型为基础，建立起了一种基于土体饱和渗透系数预测进气值的简化关系模型本模型将同一种土的渗透系数比例常数确定为一个定值，因此不论什么情况只要确定土壤的饱和渗透系数便能很简单快速得求出其进气值。该模型经过五种土壤验证，其计算的进气值与实测值接近，表明该模型可靠性较高，在一定程度上简化了传统预测进气值的方法，能有效预测不同类型的土壤的进气值。

技术领域

本发明属于土体研究技术领域，具体涉及一种基于饱和土渗透系数预测进气值的统一简化的方法。

背景技术

进气吸力值ψ_a(air entry value)是指饱和土壤脱水过程中开始进入空气时的吸力值。当土壤中的水分处于饱和状态时，若对土壤施加微小的吸力，土壤中并无水排出，则土壤仍保持为饱和含水量，可将这时的进气值看为0。当外界吸力增加到土壤中最大孔隙所能承受的最大值时，这时土壤中的孔隙处于开始排水的临界状态，如果超过这个临界值土壤的含水量会随着吸力的增大而减小，这个临界状态所对应的的吸力值称为进气值。由此可知当外界吸力小于土壤的进气值时，吸力的变化并不会较大幅度的影响土壤含水率的变化，而当吸力大于进去值时吸力的变化对土壤含水率的影响会比较显著。通常进气值可以通过在脱湿土-水特征曲线中通过延长下斜线与饱和含水率对应的水平轴相交得到的交点，通过此交点在土-水特征曲线中对应的吸力值即为进气值。进气值是SWCC中的一个重要参数，确定出进气值对于了解土样的抗剪强度，土体变形和渗透特性起着至关重要的作用。因此，对土体进气值进行预测也是土-水特征曲线研究中一项非常重要的工作。

目前许多科研工作者都对进气值的确定做出了卓越的贡献。Bouwer通过装有立管和真空计的盖圆柱形渗透仪完成了对土壤进气值的现场测量。Nemati提出了一种快速张力室测量进气量的方法，将不同的盆栽基质与位于张力室外的不饱和体建立接触，检测出了舱内的电位，以此来计算泥炭基质的进气值。Sakaki发现了特征粒子直径与空气进入值之间具有很强的相关性，经过研究表明平均孔径的大小对进气值有很强的控制作用，最后提出了一个简易的进气值预测公式并阐述了公式的局限性。Chui Yee Sabrina分析了两个关于新加坡不同地质的案例，采用普通棱皮法(OK)和简单克立格法(SK)估算了新加坡土壤进气量的空间变异性。Ni用瞬时剖面法研究量化植物根系对土壤进气值的影响，发现了根系存在会使得粉砂的进气值显著增加。根系腐烂的混种种植下，植被土壤表现出明显的进气量下降。Slowik以新鲜水泥基材料为研究对象，将进气值作为材料早期开裂的指标，并提出了一种进气值识别方法。Wijaya通过测量得到了多种土样的收缩曲线，研究表明收缩曲线的最小孔隙比对进气值有着显著的影响。

目前，进气值的确定通常是根据土水特征曲线来求解，然而土水特征曲线的测量工作需要实验仪器。人们以多种方法测量出了土水特征曲线，其中常用的方法有压力板试验、真空干燥器、冷却镜露点方法、滤纸、不饱和测定仪或非饱和三轴仪等。这些方法的应用在一定程度促进了对于土壤进气值的研究，但是仍然存在局限性。在缺乏实验仪器的情况下，人们对进气值难以测量，通过间接预测的办法能更加快速有效地得到土壤的进气值。然而进气值预测常采用传统作图法或拟合参数估算的结果，计算过程较复杂，人为因素较多，且变形条件下土体进气值预测较繁琐。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于饱和渗透系数预测进气值的简化统一的方法，克服了现有技术中对进气值预测以经验法为主且计算繁琐、可靠性差的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于饱和渗透系数预测进气值的简化统一的方法，包括以下步骤：

(1)建立式(1)所示的T-K饱和渗透系数模型；