[發明專利]一種基于微觀孔隙通道的飽和/非飽和滲透系數預測方法

有效

• 申請號: 201710267714.2
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107063967B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 陶高梁;吳小康;孔令偉;肖衡林;馬強;李麗華;葉建軍;甘世朝;陳銀;朱學良
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪;王敏鋒

本發明涉及一種基于微觀孔隙通道的飽和∕非飽和滲透系數預測方法，包括：以微觀連通孔隙通道滲流模型以及毛細理論為基礎,建立以土?水特征曲線預測飽和∕非飽和滲透系數的模型；通過壓力板儀和變水頭試驗，得到土的土?水特征曲線和飽和滲透系數；利用飽和滲透系數的模型計算得出綜合滲透比例常數k_c；根據某類土的綜合滲透比例常數k_c和實測的土?水特征曲線n等分后，利用相關模型計算得到某類土的飽和滲透系數k_s、非飽和相對滲透系數k_r；結合飽和滲透系數k_s及非飽和相對滲透系數k_r，相乘得非飽和滲透系數k_w。從微觀角度出發，對于揭示控制土體滲透系數大小的內在機理、非飽和土的滲流分析及水力耦合研究具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及一種基于微觀孔隙通道的飽和/非飽和滲透系數預測方法，尤其涉及一種基于微觀孔隙通道的滲透系數預測方法，該主要應用于巖土工程方面，可以在測得土-水特征曲線(SWCC)基礎上，有效預測土體的飽和或非飽和滲透系數計算方法。

背景技術

土-水特征曲線(Soil-Water Characteristic Curve，簡稱SWCC)，是描述非飽和土中吸力與含水量之間關系的曲線，土-水特征曲線能夠反映土體中孔隙的大小和分布規律。滲透系數，又稱水力傳導系數，定義為單位水力梯度下通過的單位流量，是描述土體滲透性強弱的重要指標。目前，對于飽和滲透系數，一般通過建立與孔隙比的經驗關系進行預測，這種方法對相關機理研究不夠深入，鮮有見到從微觀角度預測飽和滲透系數的理想方法。

對非飽和土滲透系數的預測方法，需要建立SWCC與非飽和土相對滲透系數的關系，這一方面，目前主要依托CCG模型(其中，飽和滲透系數：非飽和相對滲透系數：Mualem模型(其中，飽和滲透系數：非飽和相對滲透系數：Burdine模型(非飽和相對滲透系數為：等進行計算。但依舊存在問題，在對于CCG模型、Mualem模型以及Burdine模型，用概率論方法建立的孔隙通道模型，相關計算較為繁瑣，且只考慮到孔隙縱向連通的可能性，而實際上孔隙通道橫向也可能連通。更重要的是，三個模型計算結果相差較大，其適用性尚未查清，對于某一特定的土體，上述模型中的一個可能較為合適，但對于另外一種土體，若仍然采用該模型，預測誤差可能大到不可忽略。

因此，新模型值得研究，但該方面的研究工作近年來進展較慢。本發明將“SWCC”視作反映孔隙通道的間接指標，SWCC試驗某級壓力下排出水的體積可看做該級孔隙通道的總體積，大大簡化了相關計算。

基于這一理念，本發明結合流體力學理論、毛細理論建立了基于微觀孔隙通道的滲透系數的預測新模型，以已有試驗數據為基礎驗證了該模型的合理性。在解決問題時均從微觀孔隙角度出發，是真正意義上的基于微觀孔隙角度的預測方法，方法新穎，應用前景廣闊。

發明內容

本發明提出了一種基于微觀孔隙通道的飽和/非飽和滲透系數預測方法，主要解決的技術問題是：通過微觀孔隙通道模型，結合土-水特征曲線(SWCC)，對土體飽和/非飽和滲透系數的預測，該方法從微觀角度出發，對于揭示控制土體滲透系數大小的內在機理、非飽和土的滲流分析及水力耦合研究具有重要的意義。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于微觀孔隙通道的飽和/非飽和滲透系數預測方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1)以微觀連通孔隙通道滲流模型以及毛細理論為基礎,建立以土-水特征曲線預測飽和滲透系數的模型以及非飽和滲透系數的模型；所述微觀連通孔隙通道滲流模型是海量的孔隙通道滲透系數疊加起來所形成的；

2)通過壓力板儀試驗，測得不同類型土的土-水特征曲線，并按體積含水量劃為n等份；