[發(fā)明專利]一種基于飽和滲透系數(shù)預(yù)測(cè)進(jìn)氣值的簡化統(tǒng)一的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110559744.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN113310871A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶高梁;黃哲;李奕;劉永莉;朱志政;張帆;吳支佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

本發(fā)明公開了一種基于飽和滲透系數(shù)預(yù)測(cè)進(jìn)氣值的簡化統(tǒng)一的方法。該方法以T?K模型和土水特征曲線分形模型為基礎(chǔ)，建立起了一種基于土體飽和滲透系數(shù)預(yù)測(cè)進(jìn)氣值的簡化關(guān)系模型本模型將同一種土的滲透系數(shù)比例常數(shù)確定為一個(gè)定值，因此不論什么情況只要確定土壤的飽和滲透系數(shù)便能很簡單快速得求出其進(jìn)氣值。該模型經(jīng)過五種土壤驗(yàn)證，其計(jì)算的進(jìn)氣值與實(shí)測(cè)值接近，表明該模型可靠性較高，在一定程度上簡化了傳統(tǒng)預(yù)測(cè)進(jìn)氣值的方法，能有效預(yù)測(cè)不同類型的土壤的進(jìn)氣值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土體研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于飽和土滲透系數(shù)預(yù)測(cè)進(jìn)氣值的統(tǒng)一簡化的方法。

背景技術(shù)

進(jìn)氣吸力值ψ_a(air entry value)是指飽和土壤脫水過程中開始進(jìn)入空氣時(shí)的吸力值。當(dāng)土壤中的水分處于飽和狀態(tài)時(shí)，若對(duì)土壤施加微小的吸力，土壤中并無水排出，則土壤仍保持為飽和含水量，可將這時(shí)的進(jìn)氣值看為0。當(dāng)外界吸力增加到土壤中最大孔隙所能承受的最大值時(shí)，這時(shí)土壤中的孔隙處于開始排水的臨界狀態(tài)，如果超過這個(gè)臨界值土壤的含水量會(huì)隨著吸力的增大而減小，這個(gè)臨界狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的的吸力值稱為進(jìn)氣值。由此可知當(dāng)外界吸力小于土壤的進(jìn)氣值時(shí)，吸力的變化并不會(huì)較大幅度的影響土壤含水率的變化，而當(dāng)吸力大于進(jìn)去值時(shí)吸力的變化對(duì)土壤含水率的影響會(huì)比較顯著。通常進(jìn)氣值可以通過在脫濕土-水特征曲線中通過延長下斜線與飽和含水率對(duì)應(yīng)的水平軸相交得到的交點(diǎn)，通過此交點(diǎn)在土-水特征曲線中對(duì)應(yīng)的吸力值即為進(jìn)氣值。進(jìn)氣值是SWCC中的一個(gè)重要參數(shù)，確定出進(jìn)氣值對(duì)于了解土樣的抗剪強(qiáng)度，土體變形和滲透特性起著至關(guān)重要的作用。因此，對(duì)土體進(jìn)氣值進(jìn)行預(yù)測(cè)也是土-水特征曲線研究中一項(xiàng)非常重要的工作。

目前許多科研工作者都對(duì)進(jìn)氣值的確定做出了卓越的貢獻(xiàn)。Bouwer通過裝有立管和真空計(jì)的蓋圓柱形滲透儀完成了對(duì)土壤進(jìn)氣值的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。Nemati提出了一種快速張力室測(cè)量進(jìn)氣量的方法，將不同的盆栽基質(zhì)與位于張力室外的不飽和體建立接觸，檢測(cè)出了艙內(nèi)的電位，以此來計(jì)算泥炭基質(zhì)的進(jìn)氣值。Sakaki發(fā)現(xiàn)了特征粒子直徑與空氣進(jìn)入值之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性，經(jīng)過研究表明平均孔徑的大小對(duì)進(jìn)氣值有很強(qiáng)的控制作用，最后提出了一個(gè)簡易的進(jìn)氣值預(yù)測(cè)公式并闡述了公式的局限性。Chui Yee Sabrina分析了兩個(gè)關(guān)于新加坡不同地質(zhì)的案例，采用普通棱皮法(OK)和簡單克立格法(SK)估算了新加坡土壤進(jìn)氣量的空間變異性。Ni用瞬時(shí)剖面法研究量化植物根系對(duì)土壤進(jìn)氣值的影響，發(fā)現(xiàn)了根系存在會(huì)使得粉砂的進(jìn)氣值顯著增加。根系腐爛的混種種植下，植被土壤表現(xiàn)出明顯的進(jìn)氣量下降。Slowik以新鮮水泥基材料為研究對(duì)象，將進(jìn)氣值作為材料早期開裂的指標(biāo)，并提出了一種進(jìn)氣值識(shí)別方法。Wijaya通過測(cè)量得到了多種土樣的收縮曲線，研究表明收縮曲線的最小孔隙比對(duì)進(jìn)氣值有著顯著的影響。

目前，進(jìn)氣值的確定通常是根據(jù)土水特征曲線來求解，然而土水特征曲線的測(cè)量工作需要實(shí)驗(yàn)儀器。人們以多種方法測(cè)量出了土水特征曲線，其中常用的方法有壓力板試驗(yàn)、真空干燥器、冷卻鏡露點(diǎn)方法、濾紙、不飽和測(cè)定儀或非飽和三軸儀等。這些方法的應(yīng)用在一定程度促進(jìn)了對(duì)于土壤進(jìn)氣值的研究，但是仍然存在局限性。在缺乏實(shí)驗(yàn)儀器的情況下，人們對(duì)進(jìn)氣值難以測(cè)量，通過間接預(yù)測(cè)的辦法能更加快速有效地得到土壤的進(jìn)氣值。然而進(jìn)氣值預(yù)測(cè)常采用傳統(tǒng)作圖法或擬合參數(shù)估算的結(jié)果，計(jì)算過程較復(fù)雜，人為因素較多，且變形條件下土體進(jìn)氣值預(yù)測(cè)較繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于飽和滲透系數(shù)預(yù)測(cè)進(jìn)氣值的簡化統(tǒng)一的方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)進(jìn)氣值預(yù)測(cè)以經(jīng)驗(yàn)法為主且計(jì)算繁瑣、可靠性差的問題。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種基于飽和滲透系數(shù)預(yù)測(cè)進(jìn)氣值的簡化統(tǒng)一的方法，包括以下步驟：

(1)建立式(1)所示的T-K飽和滲透系數(shù)模型；