[发明专利]基于土体电导性能的土质滑坡基质吸力测试方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于土体电导性能的土质滑坡基质吸力测试方法及系统，该方法包括以下步骤：1）建立基于土体电导性能的非饱和残积土基质吸力测量方法的计算公式：2）获取通过室内土坡降雨实验测得的非饱和土电导率‑含水率曲线实测数据；3）获取通过室内土坡降雨实验测得的非饱和土含水率‑基质吸力曲线实测数据；4）将测得的非饱和土电导率数据和非饱和土基质吸力数据代入该计算公式进行拟合，得到饱和度指数和拟合参数；5）将得到的饱和度指数和拟合参数代入该计算公式，得到土体的电导率‑基质吸力模型；对于非饱和土体，将其电导率代入所述电导率‑基质吸力模型，即求出土体基质吸力。该方法及系统有利于便捷、有效地测量土体基质吸力。

技术领域

本发明属于岩土、地质工程技术领域，具体涉及一种基于土体电导性能的土质滑坡基质吸力测试方法及系统。

背景技术

降雨是影响边坡稳定性导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素，水分入渗对滑坡稳定性的影响中一个不可忽视的因素便是土体基质吸力的变化，随着水分的入渗，边坡非饱和区基质吸力减小，从而使土体或岩体软弱夹层抗剪强度大幅度下降，进而导致边坡稳定性的降低。基质吸力是表征非饱和土性质的一个重要变量，作为土体粘聚力的组成部分，能够提高土体的抗剪强度，对边坡稳定做出贡献。土水特征曲线表明，基质吸力具有极强的水敏性，随着含水量的增加，基质吸力迅速下降。在实际工程中，大多数边坡是处在非饱和状态或局部饱和状态，降雨作用下，随着雨水入渗，土体基质吸力迅速下降，粘聚力减小，从而使边坡的稳定性下降。因此在滑坡预警中，基质吸力是一个重要的监测指标，但基质吸力的大范围监测手段仍不够多样与便捷。

土壤电导率是土的重要物理性质，其大小和土壤含水率、土颗粒大小等有关系。由于其测试方便、快捷、廉价，在边坡研究方面也得到了相关应用。实验研究表明，边坡的电导率与基质吸力在整体分布具有一定的相似性，两者之间存在较强的相关性，电导率作为反映介质水分赋存状态的有效指标，且得益于电导率更为多样与便捷的检测手段，对于水分分布特征、运移规律复杂多变的天然边坡而言，利用边坡介质电导率反馈其含水率、基质吸力等相关参量的分布特征不失为一种有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于土体电导性能的土质滑坡基质吸力测试方法及系统，该方法及系统有利于便捷、有效地测量土体基质吸力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于土体电导性能的土质滑坡基质吸力测试方法，包括以下步骤：

1)建立基于土体电导性能的非饱和残积土基质吸力测量方法：

式中，σ为土体电导率，σ_s为饱和土体电导率，ψ为基质吸力，α、β为拟合参数，p为饱和度指数；

2)获取通过室内土坡降雨实验测得的非饱和土电导率-含水率曲线实测数据；

3)获取通过室内土坡降雨实验测得的非饱和土含水率-基质吸力曲线实测数据；

4)将步骤2)测得的非饱和土电导率数据和步骤3)测得的非饱和土基质吸力数据代入式(1)中进行拟合，得到饱和度指数p和拟合参数α、β；

5)将得到的饱和度指数p和拟合参数α、β代入式(1)，即得到土体的电导率-基质吸力模型；对于非饱和土体，将其电导率代入所述电导率-基质吸力模型，即求出土体基质吸力。

进一步地，步骤1)具体包括以下步骤：

1a)将Archie模型拓展于非饱和土，并建立土体饱和度与电阻率关系：

ρ＝aρ_wn^-mS_r^-p (2)

式中，ρ为土体电阻率，ρ_w为孔隙水电阻率，a为土性参数，m为土性参数，n为土体孔隙率，S_r为饱和度，p为饱和度指数；