[發明專利]一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法

有效

• 申請號: 202110326321.0
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113075106B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 朱斌;林傳傣;陳俊;陳菊艷;鄧顯瑜;李博
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N13/04;G01N33/24
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 耿路

1.一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

根據分級侵蝕原理，計算各級粒徑的土壤顆粒含量P和土壤孔隙率n，繪制各級粒徑與各級粒徑的土壤顆粒含量P的PSD曲線及在每個侵蝕階段下各級粒徑與各級粒徑的土壤顆粒含量P的PSD曲線簇；

計算各級粒徑的土壤顆粒含量P和土壤孔隙率n的方法為：

根據下式(1)計算第j級粒徑在(i+1)狀態下的土壤顆粒含量P_j⁽ⁱ⁾及更新至(i+1)狀態下的土壤孔隙率n⁽ⁱ⁺¹⁾：

式中，P_j⁽ⁱ⁾為第j級粒徑在(i)狀態下的土壤顆粒含量；nⁱ為在(i)狀態下的土壤孔隙率；S為滲透侵蝕程度，即被沖走侵蝕的小于某粒徑的土壤顆粒質量，其所占原土壤顆粒質量的百分比；P_x為細粒含量，即土壤顆粒流失質量占總體土壤質量百分比；

根據PSD曲線中的某兩個粒徑級區間內的平均粒徑D_j計算土壤顆粒的等效直徑D_h，根據等效直徑D_h計算土壤顆粒的最小等效孔隙直徑d₀；

根據各級粒徑的土壤顆粒含量P計算各級顆粒侵蝕的臨界水力梯度i_cr；

根據土壤孔隙率n及PSD曲線簇中的土壤顆粒的幾何參數值，計算滲透系數k_h；

根據滲透系數k_h計算滲流流速v及總滲流量Q。

2.如權利要求1所述的一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法，其特征在于，根據等效直徑D_h計算土壤顆粒的最小等效孔隙直徑d₀的方法為：

根據下式(2)計算土壤顆粒的等效直徑D_h

根據下式(3)計算最小等效孔隙直徑d₀

式中，D_j是土壤顆粒粒徑級在j₁到第j₂之間的平均粒徑，ΔS_j為第j級粒徑的重量與樣本總重量之比，n是孔隙度，α是顆粒的形狀系數。

3.如權利要求2所述的一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法，其特征在于，計算各級顆粒侵蝕的臨界水力梯度i_cr的方法為：

根據下式(4)計算第j級顆粒侵蝕臨界水力梯度(i_cr)_j

式中：(i_cr)_j為第j級顆粒侵蝕臨界水力梯度，s為相對密度，即總體土壤密度相對于水體的密度；d₈₅為土壤顆粒流失質量占總體土壤質量的85％的顆粒的粒徑；dj是從土壤中被侵蝕的第j級的顆粒粒徑，pj第j級粒徑的顆粒含量。

4.如權利要求1所述的一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法，其特征在于，計算滲透系數k_h的方法為：

根據下式(5)計算滲透系數k_h

式中，e為孔隙比，由土壤孔隙率計算得到e＝n/(1-n)，μ_w是水的動力粘滯系數，γ_w是水的重度，d₁₀為土壤顆粒流失質量占總體土壤質量的10％的顆粒的粒徑，C_u為不均勻系數。

5.如權利要求3所述的一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法，其特征在于，根據滲透系數kh計算滲流流速v及總滲流量Q的計算方法為：

根據下式(6)計算土壤顆粒的滲流流速v

v＝K_h·i_cr (6)

根據下式(7)計算土壤顆粒的總滲流量Q

Q＝n·v·A (7)

式中：v是滲流流速，i_cr是臨界水力梯度，Q是總滲流量，A是面積，n為土壤孔隙率。