[發(fā)明專利]一種非飽和黃土水分入滲深度計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010073036.8
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111220792B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 井彥林;胡永華;武超毅;王春剛;張志權(quán);關(guān)凱;溫馨;黃文峰;李潔茹
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N24/08;G01N15/08;E02D1/02
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 劉崇義

1.一種非飽和黃土水分入滲深度計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、采集不擾動(dòng)土樣：根據(jù)不擾動(dòng)土樣質(zhì)量設(shè)計(jì)要求，在浸水區(qū)域采集不擾動(dòng)土樣；

步驟二、測量不擾動(dòng)土樣中土樣的接觸角；

步驟三、測量不擾動(dòng)土樣的土樣的孔徑大??；

步驟四、測量不擾動(dòng)土樣中土樣的毛細(xì)孔隙的毛管阻力；

步驟五、測量浸水區(qū)域地表水頭壓力；

步驟六、根據(jù)公式計(jì)算非飽和黃土水分入滲深度h_c，其中，F(xiàn)為不擾動(dòng)土樣中土樣的毛細(xì)孔隙的毛管阻力，w為浸水區(qū)域地表水頭壓力，r為不擾動(dòng)土樣的土樣孔徑大小，T為不擾動(dòng)土樣的表面張力，α為不擾動(dòng)土樣中土樣的接觸角，γ_w為水的重度。

2.按照權(quán)利要求1所述的一種非飽和黃土水分入滲深度計(jì)算方法，其特征在于：步驟二中，利用接觸角測量儀測定不擾動(dòng)土樣中土樣的接觸角α；步驟三中，利用核磁共振成像分析儀測定不擾動(dòng)土樣中土樣的孔徑大小r。

3.按照權(quán)利要求1所述的一種非飽和黃土水分入滲深度計(jì)算方法，其特征在于：步驟四中，不擾動(dòng)土樣中土樣的毛細(xì)孔隙的毛管阻力的測量過程如下：

步驟401、獲取待測不擾動(dòng)土樣中的束縛水飽和度：利用核磁共振成像分析儀測定待測不擾動(dòng)土樣中的束縛水飽和度；

步驟402、放置待測不擾動(dòng)土樣：向離心套筒底部放置濾紙，將待測不擾動(dòng)土樣從核磁共振成像分析儀中取出，在其外側(cè)包紗布或熱縮膜后，放置在帶有濾紙的離心套筒內(nèi)；

步驟403、待測不擾動(dòng)土樣的離心試驗(yàn)：將裝有待測不擾動(dòng)土樣的離心套筒放入離心機(jī)中；再取三個(gè)與待測不擾動(dòng)土樣同質(zhì)量且形狀相同的試樣分別裝入離心套筒中，并放入離心機(jī)中，使離心機(jī)中四個(gè)離心套筒呈中心對稱布設(shè)；蓋好離心機(jī)蓋子，設(shè)置離心機(jī)轉(zhuǎn)速，對待測不擾動(dòng)土樣進(jìn)行離心試驗(yàn)；

步驟404、獲取當(dāng)前離心力：根據(jù)公式計(jì)算當(dāng)前離心力P，其中，Δρ為水密度與空氣密度之差，L為待測不擾動(dòng)土樣長度，R_e為待測不擾動(dòng)土樣的外旋轉(zhuǎn)半徑，n為離心機(jī)轉(zhuǎn)速；

步驟405、待測不擾動(dòng)土樣去水：待測不擾動(dòng)土樣的離心試驗(yàn)結(jié)束后，將待測不擾動(dòng)土樣從離心套筒中取出，將待測不擾動(dòng)土樣表面水漬吸去，此時(shí)待測不擾動(dòng)土樣變?yōu)闇y后土樣，并稱量所述測后土樣的質(zhì)量；

步驟406、將測后土樣視為待測不擾動(dòng)土樣，循環(huán)步驟401至步驟405，直至待測不擾動(dòng)土樣中束縛水飽和度小于20％；

步驟407、獲取當(dāng)前離心力關(guān)于束縛水飽和度的微段插值函數(shù)：利用origin軟件建立束縛水飽和度和對應(yīng)的當(dāng)前離心力之間非線性關(guān)系，調(diào)取origin軟件中的非線性曲線擬合模塊，擬合束縛水飽和度和對應(yīng)的當(dāng)前離心力之間的曲線；將origin軟件中擬合的束縛水飽和度和對應(yīng)的當(dāng)前離心力之間的曲線導(dǎo)入MATLAB數(shù)值分析軟件內(nèi)，對曲線進(jìn)行微段分割，在每個(gè)微段曲線內(nèi)，采取插值法求出每個(gè)微段曲線的微段插值函數(shù)P_i＝f_i(x)，其中，變量x表示束縛水飽和度，P_i為第i個(gè)微段曲線中關(guān)于變量x的當(dāng)前離心力因變量，f_i(·)為第i個(gè)微段曲線中當(dāng)前離心力關(guān)于束縛水飽和度的函數(shù)映射關(guān)系，i為微段曲線編號且i＝1,2，…I，I為擬合的束縛水飽和度和對應(yīng)的當(dāng)前離心力之間的曲線中微段曲線的分割總數(shù)；

步驟408、測定不擾動(dòng)土樣中土樣的毛細(xì)孔隙的毛管阻力：根據(jù)公式計(jì)算第i個(gè)微段曲線的微段插值函數(shù)P_i＝f_i(x)的曲率半徑R_i，其中，P_i'為P_i的一階導(dǎo)數(shù)，P_i”為P_i的二階導(dǎo)數(shù)；

對I個(gè)曲率半徑值進(jìn)行由大至小排序，獲取最小曲率半徑R_min；

再通過最小曲率半徑R_min獲取對應(yīng)位置處的束縛水飽和度x₀；

將束縛水飽和度x₀帶入其對應(yīng)的微段插值函數(shù)中，計(jì)算此時(shí)的束縛水飽和度x₀對應(yīng)的離心力，在土壤毛細(xì)孔隙中毛細(xì)水全部流出之前土體結(jié)構(gòu)率先破壞，最小曲率半徑R_min時(shí)土體結(jié)構(gòu)破壞，待測不擾動(dòng)土樣土體結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的離心力為不擾動(dòng)土樣中土樣的毛細(xì)孔隙的毛管阻力，即束縛水飽和度x₀對應(yīng)的離心力為不擾動(dòng)土樣中土樣的毛細(xì)孔隙的毛管阻力F。

4.按照權(quán)利要求3所述的一種非飽和黃土水分入滲深度計(jì)算方法，其特征在于：步驟407中，對曲線進(jìn)行微段分割時(shí)，每個(gè)微段曲線中兩端點(diǎn)對應(yīng)的束縛水飽和度的差值絕對值為10^-5～5×10^-5。