[发明专利]基于分形理论的变形土体饱和、非饱和渗透系数预测方法

摘要

本发明公布了基于分形理论的变形土体饱和、非饱和渗透系数预测方法，以变形前土样的土‑水特征曲线为参考状态，利用土水特征曲线分形模型，拟合得到变形前的分维数D₀和进气值Ψ_a0，变形前后分维数不变，结合变形后的进气值预测模型得到变形后的进气值Ψ_a，通过饱和/非饱和相对渗透系数模型，结合变形后的分维数D₀和进气值Ψ_a，对变形土体饱和渗透系数、非饱和相对渗透系数预测，将饱和渗透系数、非饱和相对渗透系数相乘得到非饱和渗透系数。本发明克服了对渗透系数的预测以经验法为主，缺少理论支撑，计算繁琐的缺点，对饱和/非饱和土的渗流理论、流固耦合研究及工程应用具有极其重要的价值的优点。

主权项

1.基于分形理论的变形土体饱和、非饱和渗透系数预测方法，其特征在于：它包括如下步骤；①、结合土‑水特征曲线分形模型和渗透系数模型，利用分形理论，推导出的饱和渗透系数与非饱和相对渗透系数分形模型为：其中：公式I表示饱和渗透系数模型，公式II表示非饱和相对渗透系数模型，式中k_c为综合渗透比例常数，对于同一土样，该值为常数，φ＝e/(1+e)，e为土体的孔隙比，D为分维数，Ψ_a为进气值，Ψ为基质吸力；②、通过压力板试验测得变形前初始孔隙状态的土‑水特征曲线；③、根据土‑水特征曲线分形模型，拟合得到变形前的分维数D以及进气值Ψ_a0，其土‑水特征曲线分形模型表达式为：其中：θ为体积含水量，e为孔隙比，Ψ_a为进气值，Ψ为基质吸力；④、根据步骤③中变形前的分维数D、进气值Ψ_a0，预测变形后的进气值Ψ_a，其公式为：其中：Ψ_a0是相应于变形前初始孔隙比e₀的进气值，e₁为变形后的孔隙比，D为分维数，变形过程中为定值；⑤、预测任意变形条件下的饱和/非饱和渗透系数；变形条件下饱和渗透系数预测：基于步骤③中的分维数D和步骤④中变形后的进气值Ψ_a，结合公式I进行预测；变形条件下非饱和渗透系数预测：基于步骤③中的分维数D和步骤④中变形后的进气值Ψ_a，结合公式II预测非饱和相对渗透系数，非饱和渗透系数＝饱和渗透系数×非饱和相对渗透系数。