[發明專利]一種基于隨機起動的管涌滲透系數確定方法

有效

• 申請號: 201210404137.4
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102930148A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 董海洲;柴文可
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

1.一種基于隨機起動的管涌滲透系數確定方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）將無粘性管涌型土的顆粒分為兩類，骨架顆粒和可動顆粒，其界限粒徑用式（1）計算：

xa=2c12c1+1+2c2·AaBa2---(1)]]>

式中：x_a為界限粒徑，大于該粒徑為骨架顆粒，小于則為可動顆粒；系數c₁為顆粒的形狀系數；系數c₂為與土的密實度有關的系數；A_a和B_a分別用式（2）和式（3）確定：

Aa=∫ya1yx(y)dy-ya∫ya1dyx(y)---(2)]]>

Ba=∫ya1dyx(y)---(3)]]>

式中：y_a為與界限粒徑x_a對應的可動顆粒含量；y是小于某粒徑x的含量，x(y)為對應y的粒徑；

（2）根據式（1）計算的界限粒徑x_a，小于x_a的可動顆粒每一粒徑組的平均粒徑為：

D‾i=D(i-1)+D(i)2---(4)]]>

式中：D_i為第i可動粒組平均粒徑；D_(i-1)和D_(i)分別為為第（i-1）和第i粒徑組的代表粒徑。

第i個可動粒組的顆粒數為：

Ni=6MiπD‾i3ρs---(5)]]>

式中：N_i為第i個可動粒組的顆粒數；為第i個可動粒組平均粒徑，由式（4）確定；M_i為第i個可動粒組質量，可由級配曲線確定；ρ_s為可動顆粒密度；

（3）考慮孔隙水流流速的隨機性，假定服從正態分布，可動顆粒流失后土體的孔隙率為：

n′=n+Σi=1kE(N)iVi1-Σi=1kE(N)iVi---(6)]]>

式中：n′為可動顆粒流失后土體的孔隙率；n為原始孔隙率；k為可動顆粒分組數目；E(N)_i為第i個可動粒組中起動顆粒數目的期望值，由式（7）確定；V_i為第i可動粒組起動孔隙流速，由式（8）確定；

第i個可動粒組中起動的顆粒數目的期望值為：

式中：E(N)_i為第i個可動粒組中起動顆粒數目的期望值；N_i為第i可動粒組可動顆粒數目，由式（5）確定；V_i為第i可動粒組起動孔隙流速，由式（8）確定；v′為平均孔隙水流流速；σ為標準差；

第i可動粒組起動孔隙流速為：

式中：V_i為第i可動粒組起動孔隙流速；D_i為第i可動粒組的平均粒徑，由式（4）確定；ρ_s、ρ_w分別為可動顆粒與流體的密度；μ為流體的的粘滯系數；θ為兩顆粒中心連線與豎直方向的夾角；為水流方向，g為重力加速度；

（4）將可動顆粒從細到粗分為k個粒組，則第i粒組剩余顆粒質量將i從1取值到k，計算出每一粒組剩余質量，根據計算結果，得到可動顆粒流失后更新的土體級配曲線；

將式(6)計算結果及更新后的級配曲線所確定的d_ω帶入式(9)得到可動顆粒流失后土體的滲透系數K：

K=780(n′)3{1-(n′)}3dω---(9)]]>

式中：K為可動顆粒流失后土體滲透系數；d_ω為等效粒徑，按式（10）確定：

1dω=Σi=2nMdidi+32Md1d1---(10)]]>

式中：d_i為第i級粒徑的平均粒徑，為相應于d_i粒徑級的顆粒重量，d₁為第1組可動顆粒粒徑。

2.根據權利要求1所述的基于隨機起動的管涌滲透系數確定方法，其特征在于：步驟（1）中，界限粒徑x_a的求解可采用試算法或迭代法：首先假定x_a的初始值x_a0，由式(2)、式(3)計算出A_a和B_a，將A_a和B_a帶入式(1)，得到一個x_a，記為x_a1，若x_a0與x_a1相差較小，則取二者平均值作為x_a，否則用x_a1重復以上步驟。