一种变形条件下土-水特征曲线的分形预测方法技术

本发明专利技术公开一种基于分型理论的预测变形条件下土‑水特征曲线(SWCC)的计算方法。该方法以初始孔隙比e0的SWCC为参考状态，确定变形后的分维数D和进气值，从而预测变形后任一孔隙比e条件下的SWCC。本发明专利技术基于分型理论，通过孔隙孔径分布密度函数得到含水量与分维数的关系式，从而推导出分形模型。基于分形模型，本发明专利技术认为不同初始孔隙比的SWCC主要受进气值控制，分维数几乎不变。然后以分形理论为基础给出了基于SWCC试验数据的分维数计算方法，建立了不同初始孔隙比下进气值的预测方法。试验表明，此种方法预测的SWCC均与实测值吻合较好。本发明专利技术提供的分形预测方法，对于非饱和土水力‑力学耦合分析、变形条件下土体渗流特性研究等方面都具有极其重要的意义。

A prediction method for soil water characteristic curve deformation under the condition of fractal

The invention discloses a predictive classification based on the theory of deformation conditions soil water characteristic curve (SWCC) method. In this method, the initial void ratio of E0 SWCC as the reference state, determine the deformation of the fractal dimension D and the inlet value, thus predicting deformation any void ratio under the condition of E SWCC. Based on the classification theory, the relationship between water content and fractal dimension is obtained by the pore size distribution density function, and the fractal model is derived. Based on the fractal model, the invention considers that the SWCC with different initial pore ratio is mainly controlled by the intake value, and the fractal dimension is almost invariable. Then, based on the fractal theory, the fractal dimension calculation method based on the SWCC test data is given, and the prediction method for the intake value under the different initial pore ratio is established. The test shows that the SWCC predicted by this method is in good agreement with the measured value. Fractal prediction method provided by the invention, for the unsaturated soil hydraulic mechanical coupling analysis, under the condition of seepage characteristics of deformation has an extremely important significance.

【技术实现步骤摘要】
一种变形条件下土-水特征曲线的分形预测方法
本专利技术涉及到研究非饱和土水-力耦合以及变形条件下土体的渗流特性的
，更加具体来说是一种变形条件下土-水特征曲线的分形预测方法。
技术介绍
土广泛分布于自然界,自然界中绝大多数土体都处于非饱和状态。随着社会的发展和科学技术的进步,对于非饱和土的研究已经成为岩土力学学术界的研究重点。研究非饱和土就不可避免的会接触到土-水特征曲线,土-水特征曲线是非饱和土土力学理论研究的重要基础,土-水特征曲线在非饱和土的理论和力学性质的研究中占有举足轻重的地位。获取土-水特征曲线有两种方法：实验法和预测法。实验法需要通过一套精准的实验方案，并且消耗大量的人力、物力以及时间才能得到若干个孤立的点，然后经过数据处理才能得到一条完整的土-水特征曲线。因此近年来许多国内外学者慢慢将研究方向转向预测法。预测法只需要依据土的自身性质以及孔隙分布函数等确定出预测模型。在这一方面，张雪东(2011)以概率论为基础建立了描述变形对土-水特征曲线影响规律的经验模型；ZhouAN(2012)通过分析有效饱和度和孔隙比的关系建立了描述初始孔隙比对土-水特征曲线影响的方法；张本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变形条件下土‑水特征曲线的分形预测方法，其特征在于：它包括如下步骤；①、通过压力板试验获取初始孔隙比条件下的土‑水特征曲线；②、建立基于分形理论的土‑水特征曲线分形预测模型；其中：分形预测模型为：

【技术特征摘要】
1.一种变形条件下土-水特征曲线的分形预测方法，其特征在于：它包括如下步骤；①、通过压力板试验获取初始孔隙比条件下的土-水特征曲线；②、建立基于分形理论的土-水特征曲线分形预测模型；其中：分形预测模型为：其中：w表示质量含水率，Gs表示土粒相对密度，ψ表示基质吸力，ψa表示进气值,e表示孔隙比，D为分维数；③、求取变形前土-水特征曲线模型的两个参数：分维数D0和进气值ψa0；3.1)：根据分析拟合求取变形前的分维数D0：利用孔隙孔径分布密度函数：f(r)＝cr-1-DII推导出孔隙累计体积的表达式：其中：c是常数，r是孔径，将r看做连通孔隙通道有效孔径；孔隙体积形状因子相同且为kV,D是分维数；由公式III得到质量含水率的计算公式：式中：w为质量含水率，V≤r为孔隙累计体积,c是常数，r是孔径，孔隙体积形状因子相同且为kV，D是分维数，ρw为水的密度；将杨氏拉普拉斯方程ψ＝2Tscosα/rV公式V代入公式IV中，则可得到：式中：w为质量含水率，c是常数，孔隙体积形状因子相同且为kV,D是分维数,ρw为水的密度，Ts为表面张力，α为接触角，ψ表示基质吸力；对公式VI两边取对数，得到lnw∝(3-D)(-lnψ)，以-lnψ为横坐标、lnw为纵坐标，绘制散点图，然后对散点图进行直线拟合，得出斜率k，那么分维数D＝3-k，值得说明的是公式VI的适用条件为ψ≥ψa，故计算时应舍去质量含水量未开始下降或者下降阶段的数据；3.2)：利用公式I对土-水特征曲线试验数据进行分析拟合，便可得到相应进气值ψa0；④、将变形前的分维数D0和进气值ψa0代入公式I中，可得到变形前的土-水特征曲线模型：式中，w表示质量含水率，Gs表示土粒相对密度，ψ表示基质吸力，ψa0表示变形前的进气值,e0表示变形前的初始孔隙比，D0表示变形前的分维数；⑤、计算变形后的分维数D和进气值ψa1；5.1)：初始孔隙比e1的分维数D1按照e0时的取值，即D1＝D0；5.2)：W＝e1/Gs代入到公式VII中的第一式，可得：式中，e0、e1分别为变形前和变形后的初始孔隙比，ψa...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶高梁，陈银，肖衡林，庄心善，吴小康，朱学良，李进，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42