[發明專利]一種預測膨脹性土壤中水分累積吸附的方法

有效

• 申請號: 202110779223.2
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113588916B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 梁英杰;田沛博
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N13/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

1.一種預測膨脹性土壤中水分累積吸附的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、選定某膨脹性土壤中水分吸附過程作為研究對象，確定對其進行水分吸附試驗，獲得水分累積吸附的試驗數據；

S2、根據物質坐標，建立膨脹性土壤水分吸附的分形導數累積擴散模型；

物質坐標m為：

其中，z為垂直方向上通常的空間坐標，z₀為空間坐標的上限，e為空隙比，公式為為水分比，θ_l和θ_s分別為液體和固體的體積分數；

物質坐標下的分形導數擴散波動方程為：

其中，t為時間，0＜α≤2為時間分形導數的階數，D_m為擴散系數；

物質坐標下的分形導數擴散波動方程的基本解為：

S3、結合步驟S2中分形導數擴散波動方程，推導膨脹性土壤中水分累積吸附量方程；

膨脹性土壤中水分累積吸附量方程I(t)為：

其中，θ₀為初始含水率、θ_i為土壤表面含水率；

S4、結合步驟S1中水分累積吸附的試驗數據，通過數據擬合，得到步驟S3水分累積吸附量方程中時間分形導數的階數α和擴散系數D_m的值，對膨脹性土壤中水分吸附過程進行分類；

S5、將步驟S4中得到的參數，代入步驟S3中的水分累積吸附量方程；根據該水分累積吸附量方程，預測膨脹性土壤中水分累積吸附過程，實現任意時刻膨脹性土壤中水分累積吸附量的求解。

2.根據權利要求1所述的一種預測膨脹性土壤中水分累積吸附的方法，其特征在于，步驟S1中獲得的水分累積吸附的試驗數據包括：水分累積吸附量隨著時間變化的值。

3.根據權利要求1所述的一種預測膨脹性土壤中水分累積吸附的方法，其特征在于，步驟S4中，采用水分累積吸附量方程I(t)描述步驟S1中的試驗數據，運用Matlab軟件中的lsqcurvefit命令，即最小二乘法，得到累積吸附方程中最合適的匹配參數，最合適的匹配參數使累積吸附方程與累積吸附試驗數據之間均方誤差最小；參數包括：時間分形導數的階數α和擴散系數D_m的值。

4.根據權利要求1所述的一種預測膨脹性土壤中水分累積吸附的方法，其特征在于，步驟S4中根據時間分形導數的階數α對吸附過程進行分類，其中1＜α≤2表征快吸附，0＜α＜1表征慢吸附，α等于1時表征正常吸附。

5.根據權利要求1所述的一種預測膨脹性土壤中水分累積吸附的方法，其特征在于，步驟S5中將步驟S4得到的參數的值代入步驟S3中的膨脹性土壤中水分累積吸附量I(t)的方程，得到完整的膨脹性土壤中水分累積吸附量方程，計算任意時刻水分的累積吸附值，實現膨脹性土壤中水分吸附的長期演變過程。