基于VG模型的变形土进气值预测方法技术

技术编号:20112264 阅读:31 留言:0更新日期:2019-01-16 11:06
本发明专利技术提供一种基于VG模型的变形土进气值预测方法,能够快速、有效地预测变形土进气值,该变形土进气值预测方法的特征在于,包括如下步骤:步骤1.基于压力板试验测得变形条件下的测量基质吸力ψ0与测量质量含水率w0的系列实测数据;步骤2.将测量基质吸力ψ0和测量质量含水率w0系列实测数据代入VG模型中拟合出土‑水特征曲线,并基于该土‑水特征曲线得出测量拟合参数a0、m0、n0;以及步骤3.将测量拟合参数a0、m0、n0代入变形土进气值预测模型中,计算出变形条件下土体进气值,即为预测值。

Prediction Method of Intake Value of Deformed Soil Based on VG Model

The invention provides a method for predicting the air intake value of deformed soil based on VG model, which can quickly and effectively predict the air intake value of deformed soil. The characteristics of the method include the following steps: step 1. series of measured data of matrix suction_0 and mass water content W 0 under deformed conditions measured by pressure plate test; step 2. matrix suction_will be measured. 0 and W0 series measured data are substituted into VG model to fit the soil-water characteristic curve, and based on the soil-water characteristic curve, the measured fitting parameters a0, M0 and N0 are obtained; and step 3. The measured fitting parameters a0, M0 and N0 are substituted into the prediction model of air intake value of deformed soil, and the air intake value of deformed soil is calculated, that is, the predicted value.

【技术实现步骤摘要】
基于VG模型的变形土进气值预测方法
本专利技术属于土体孔隙结构分布特性和非饱和土持水特性
,具体涉及一种基于VG模型的变形土进气值预测方法。技术背景进气吸力值ψa(airentryvalue)是指饱和土壤脱水过程中开始进入空气时的吸力值。当土壤中的水分处于饱和状态时,若对土壤施加微小的吸力,土壤中并无水排出,含水量仍维持饱和值。当吸力增加至进气吸力值后,土壤中最大孔隙不能抗拒所施加的吸力,于是土壤开始排水,含水量开始减小。进气值(即、进气吸力值)是土-水特征(脱湿)曲线上的一个突变点,通过将土-水特征曲线上斜线段延长,并与饱和含水率对应的水平轴相交,其交点对应的基质吸力即是进气值;在此吸力之前,含水率的变化是微小的;当基质吸力达到进气值后,含水率随着吸力的增加而大幅度下降。进气值的精度对起点在高饱和度区的脱湿扫描线有较大的影响,同时对于毛细阻滞型防渗层设计也起到至关重要的作用。因此,对变形条件下土体进气值进行预测是土-水特征曲线研究中一项非常重要的工作。目前使用较多的描述土-水特征曲线的模型为vanGenuchten模型,该模型的吸力范围较广,能够表示全负压范围内的土-水特征曲线,对不同种类的介质拟合效果良好,具有广泛的适用性。进气值预测常采用传统作图法或拟合参数估算的结果,计算过程较复杂,人为因素较多,且变形条件下土体进气值预测较繁琐。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供一种基于VG模型的变形土进气值预测方法,能够快速、有效地预测变形土进气值。本专利技术为了实现上述目的,采用了以下方案:本专利技术提供一种基于VG模型的变形土进气值预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1.基于压力板试验测得变形条件下的测量基质吸力ψ0与测量质量含水率w0的系列实测数据;步骤2.将测量基质吸力ψ0和测量质量含水率w0系列实测数据代入VG模型中拟合出土-水特征曲线,并基于该土-水特征曲线得出测量拟合参数a0、m0、n0;步骤3.将测量拟合参数a0、m0、n0代入变形土进气值预测模型中,计算出变形条件下土体进气值,即为预测值,变形土进气值预测模型为:式中ψ为基质吸力,a表示与进气值有关的参数,n表示基质吸力大于进气值后与脱水速率有关的参数,m是与残余水量有关的参数,Gs为土粒相对密度,e1为变形前初始孔隙比,ws为饱和质量含水率,wr为残余质量含水率。本专利技术提供的基于VG模型的变形土进气值预测方法,还可以具有以下特征:在步骤1中,压力板试验所用仪器为体积压力板仪,气压力分别为5kPa、10kPa、30kPa、80kPa、160kPa、280kPa、450kPa、700kPa、1250kPa,每一级的压力平衡后准确测量并计算每个初始孔隙比土样质量含水率,上一级平衡后才能继续施加下一级压力,最终得到的不同孔隙比条件下土体的测量基质吸力ψ0与测量质量含水率w0。另外,在本专利技术提供的基于VG模型的变形土进气值预测方法中:步骤2中将测量基质吸力ψ0和测量质量含水率w0代入VG模型中,是将w0代入VG模型的w,ψ0代入VG模型的ψ,进而拟合出土-水特征曲线,得出测量拟合参数a0、m0、n0。并且在步骤2中,将测量拟合参数代入下列公式中还可进一步计算出变形前土体进气值ψa0:专利技术的作用与效果本专利技术所提供的基于VG模型的变形土进气值预测方法,是以VG模型为基础公式,建立变形条件下土体进气值预测模型,采用Matlab软件进行数据拟合,方法简单且精度较高,VG经验模型在对土-水特征曲线的数学拟合上表现出来很好的精度与简易度而被广泛应用;另外,建立的变形土进气值预测模型简单,计算方便,只需测量一种初始孔隙比的土体土-水特征曲线,便可预测其他变形条件下的土体进气值,使计算过程难度大大降低,从而更加有效地的预测变形土进气值,进而更方便的研究非饱和土孔隙分布特性。附图说明图1为本专利技术实施例中湖南红黏土土-水特征曲线拟合图;图2为本专利技术实施例中不同初始孔隙比条件下质量含水量表示的土-水特征曲线图;图3为本专利技术实施例中变形土进气值实测值与VG模型预测值对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术涉及的基于VG模型的变形土进气值预测方法的具体实施方案进行详细地说明。<实施例一>如图1所示,本实施例所提供的基于VG模型的变形土进气值预测方法包括以下步骤:步骤1.基于压力板试验测得变形条件下的测量基质吸力ψ0与测量质量含水率w0的系列实测数据。压力板试验所用仪器为体积压力板仪,气压力分别为5kPa、10kPa、30kPa、80kPa、160kPa、280kPa、450kPa、700kPa、1250kPa,每一级的压力平衡后准确测量并计算不同孔隙比条件下土样质量含水率,上一级平衡后才能继续施加下一级压力,最终得到的不同初始孔隙比下的试验数据。其中,实测数据包括测量基质吸力ψ0和测量质量含水率w0。本实施例中如下表1所示,实测数据共有10组。表1初始孔隙比为1.115的土-水特征曲线实测数据表步骤2.将测量基质吸力ψ0和测量质量含水率w0系列实测数据代入VG模型中拟合出如图1所示的出土-水特征曲线,并基于该土-水特征曲线得出测量拟合参数a0、m0、n0。土-水特征曲线中横轴为测量基质吸力ψ0、纵轴为测量质量含水率w0。将测量拟合参数a0、m0、n0代入下列公式中,进而计算出变形前土体进气值:本实施一中,测量拟合参数a0、m0、n0分别为0.5607、0.03144、3.947,变形前土体进气值ψa0为1.15kPa。步骤3.将测量拟合参数a0、m0、n0代入变形土进气值预测模型中,对湖南红黏土变形条件下土体进气值进行计算,即为预测值。变形土进气值预测模型为:式中ψ为基质吸力,a表示与进气值有关的参数,n表示基质吸力大于进气值后与脱水速率有关的参数,m是与残余水量有关的参数,Gs为土粒相对密度,e1为变形前初始孔隙比,ws为饱和质量含水率,wr为残余质量含水率。该变形土进气值预测模型的推导过程为:1)VG模型为式中:wr为残余质量含水率,ws为饱和质量含水率,a表示与进气值有关的参数,n表示基质吸力大于进气值后与脱水速率有关的参数,m是与残余水量有关的参数,ψ为基质吸力。如图2所示,作水平线w=e1/Gs,与变形前e0时的土-水特征曲线的交点横坐标便可近似认为是e1时的进气值ψa1。2)结合VG模型与w=e1/Gs,可得:3)进一步变形可得到:本实施例一中,计算出的预测值为3.61kPa,将变形土进气值实测值3.21kPa与预测值对比,吻合良好。<实施例二>在本实施例二中,具体预测方法与实施例一中相同,故不再赘述,仅说明具体数据:测量拟合参数a0、m0、n0分别为0.5607、0.03144、3.947,将测量拟合参数和变形后孔隙比为0.97的k值代入变形土进气值预测模型,预测的变形土进气值为6.79kPa,实测值为5.70kPa。<实施例三>在本实施例三中,具体预测方法与实施例一中相同,故不再赘述,仅说明具体数据:测量拟合参数a0、m0、n0分别为0.5607、0.03144、3.947,将测量拟合参数和变形后孔隙比为0.90的k值代入变形土进气值预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VG模型的变形土进气值预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1.基于压力板试验测得变形条件下的测量基质吸力ψ0与测量质量含水率w0的系列实测数据;步骤2.将测量基质吸力ψ0和测量质量含水率w0系列实测数据代入VG模型中拟合出土‑水特征曲线,并基于该土‑水特征曲线得出测量拟合参数a0、m0、n0;步骤3.将测量拟合参数a0、m0、n0代入变形土进气值预测模型中,计算出变形条件下土体进气值,即为预测值,所述变形土进气值预测模型为:

【技术特征摘要】
1.一种基于VG模型的变形土进气值预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1.基于压力板试验测得变形条件下的测量基质吸力ψ0与测量质量含水率w0的系列实测数据;步骤2.将测量基质吸力ψ0和测量质量含水率w0系列实测数据代入VG模型中拟合出土-水特征曲线,并基于该土-水特征曲线得出测量拟合参数a0、m0、n0;步骤3.将测量拟合参数a0、m0、n0代入变形土进气值预测模型中,计算出变形条件下土体进气值,即为预测值,所述变形土进气值预测模型为:式中ψ为基质吸力,a表示与进气值有关的参数,n表示基质吸力大于进气值后与脱水速率有关的参数,...

【专利技术属性】
技术研发人员:陶高梁罗晨晨肖衡林马强万娟朱志政付佩陈阳阳彭弯张琎炜
申请(专利权)人:湖北工业大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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