[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

本發明涉及一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法，該方法包括以下步驟：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，繪制各級粒徑的PSD曲線及在每個侵蝕階段下的PSD曲線簇；根據PSD曲線中的平均粒徑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；根據土壤顆粒含量P計算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，本發明通過計算總滲流量，反推出礫石土侵蝕程度和危險狀況，以便采取相應措施予以治理和保護，進而避免事故發生。

技術領域

本發明涉及地質巖土工程領域，特別是涉及一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法。

背景技術

在影響基坑開挖穩定性和巖溶塌陷安全性的諸多因素中，礫石土的浸水滲透侵蝕受到大家的廣泛關注。特別是在巖溶地區分布的中間粒徑缺失的雙峰型礫石土、或寬級配礫石土，對巖土結構物防水防滲及巖溶塌陷的形成來說是一個重要的影響因素。

現有的技術中已經有很多針對礫石土浸水后因其顆粒分布特征客觀上容易引發細顆粒流失、管涌等滲透侵蝕性問題的研究，不同于流土侵蝕，在管涌滲透侵蝕情況下及水力梯度較小的情況下，發生有關土體的滲透侵蝕及其穩定性問題，國外Sherard、Mace和Indraratna和Radampola的研究從滲透侵蝕的物理機理、實驗手段到評價方法均有許多研究成果；國內則以劉杰和謝定松、毛昶熙等的研究具有代表性，特別是對于寬級配的礫石土分級評價模型的總結。

由于巖土體滲流量的直接影響基坑或壩體工程的突涌水量，因此，巖土體在不同侵蝕狀態下，其水力特征參數的確定是尤為重要的，現有研究和相關規范很難定量評價和界定由滲透侵蝕直至突涌水發生的滲透穩定性問題，即涌水量的問題難以確定，從而導致突發的安全問題，因此，需要提供一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法。

發明內容

發明實施例提供了一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法，可以解決現有研究和相關規范很難定量評價和界定由滲透侵蝕直至突涌水發生的滲透穩定性問題，即涌水量的問題難以確定，從而導致突發的安全問題。

本發明提供了一種礫石土侵蝕階段的水力參數及涌水量的確定方法，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；

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。

優選地，各級粒徑的土壤顆粒含量P和土壤孔隙率n的計算方法為：

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⁾：