[发明专利]一种基于随机起动的管涌渗透系数确定方法

摘要

本发明公开一种基于随机起动的管涌渗透系数确定方法，根据均速，颗粒的平均粒径以及平均位置关系三者的分布密度或概率函数，依据数学期望等参数，结合力学的分析，提出了管涌发生发展过程中渗透系数的确定方法。对合理评价堤坝安全、预测渗透破坏可能发生的区域及形式，减少渗透破坏引起的损失等都具有重要的意义。

主权项

1.一种基于随机起动的管涌渗透系数确定方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将无粘性管涌型土的颗粒分为两类，骨架颗粒和可动颗粒，其界限粒径用式（1）计算：xa=2c12c1+1+2c2·AaBa2---(1)]]>式中：x_a为界限粒径，大于该粒径为骨架颗粒，小于则为可动颗粒；系数c₁为颗粒的形状系数；系数c₂为与土的密实度有关的系数；A_a和B_a分别用式（2）和式（3）确定：Aa=∫ya1yx(y)dy-ya∫ya1dyx(y)---(2)]]>Ba=∫ya1dyx(y)---(3)]]>式中：y_a为与界限粒径x_a对应的可动颗粒含量；y是小于某粒径x的含量，x(y)为对应y的粒径；（2）根据式（1）计算的界限粒径x_a，小于x_a的可动颗粒每一粒径组的平均粒径为：D‾i=D(i-1)+D(i)2---(4)]]>式中：D_i为第i可动粒组平均粒径；D_(i-1)和D_(i)分别为为第（i-1）和第i粒径组的代表粒径。第i个可动粒组的颗粒数为：Ni=6MiπD‾i3ρs---(5)]]>式中：N_i为第i个可动粒组的颗粒数；为第i个可动粒组平均粒径，由式（4）确定；M_i为第i个可动粒组质量，可由级配曲线确定；ρ_s为可动颗粒密度；（3）考虑孔隙水流流速的随机性，假定服从正态分布，可动颗粒流失后土体的孔隙率为：n′=n+Σi=1kE(N)iVi1-Σi=1kE(N)iVi---(6)]]>式中：n′为可动颗粒流失后土体的孔隙率；n为原始孔隙率；k为可动颗粒分组数目；E(N)_i为第i个可动粒组中起动颗粒数目的期望值，由式（7）确定；V_i为第i可动粒组起动孔隙流速，由式（8）确定；第i个可动粒组中起动的颗粒数目的期望值为：式中：E(N)_i为第i个可动粒组中起动颗粒数目的期望值；N_i为第i可动粒组可动颗粒数目，由式（5）确定；V_i为第i可动粒组起动孔隙流速，由式（8）确定；v′为平均孔隙水流流速；σ为标准差；第i可动粒组起动孔隙流速为：式中：V_i为第i可动粒组起动孔隙流速；D_i为第i可动粒组的平均粒径，由式（4）确定；ρ_s、ρ_w分别为可动颗粒与流体的密度；μ为流体的的粘滞系数；θ为两颗粒中心连线与竖直方向的夹角；为水流方向，g为重力加速度；（4）将可动颗粒从细到粗分为k个粒组，则第i粒组剩余颗粒质量将i从1取值到k，计算出每一粒组剩余质量，根据计算结果，得到可动颗粒流失后更新的土体级配曲线；将式(6)计算结果及更新后的级配曲线所确定的d_ω带入式(9)得到可动颗粒流失后土体的渗透系数K：K=780(n′)3{1-(n′)}3dω---(9)]]>式中：K为可动颗粒流失后土体渗透系数；d_ω为等效粒径，按式（10）确定：1dω=Σi=2nMdidi+32Md1d1---(10)]]>式中：d_i为第i级粒径的平均粒径，为相应于d_i粒径级的颗粒重量，d₁为第1组可动颗粒粒径。