一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，包括：获取环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性；在高填方土体不同位置处进行野外双环渗水试验，得到环刀尺度上的渗透系数值；结合尺度效应原理，对野外双环渗水试验进行仿真模拟；将野外双环渗水试验仿真模拟放大到大尺度上进行模拟，结合环刀尺度上填埋土体渗透系数的原始分布，得到大尺度渗透系数的分布。本发明专利技术涉及的是非均质性强的高填方土体需要研究预测未来地下水运移规律时所需要的大尺度渗透系数，即通过大量的试验、统计分析、条件模拟、尺度效应等方法和手段，分析研究了大型原位试验难以进行并且非均质性高的高填方土体的大尺度渗透系数。

【技术实现步骤摘要】
一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法
本专利技术涉及土体渗透系数
，更具体的涉及一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法。
技术介绍
黄土在我国分布广泛，由于黄土本具有易侵蚀的特性，丘陵沟壑成为其主要的地貌类型，即便在黄土塬区也存在大量大规模的冲沟，并且冲沟的规模也在不断扩大。近年来，随着经济和社会的发展，土地资源日趋紧张。为了满足需要，黄土地区开始出现大规模的填沟平地的工程，产生了大量的高填方黄土填筑体。重大岩土工程中地貌形态的改变势必会影响地下水的运动规律，数值模拟是预测未来条件下地下水运动规律的有效途径。在数值模拟中，渗透系数的准确性是影响计算结果的关键因素。大量的研究表明，渗透系数会随着研究尺度的不同而发生变化，即具有一定的尺度效应。Schulze-Makuch等通过39种地质介质渗透系数和测试尺度的数据，论证了渗透系数随观测尺度增大而增大并趋于稳定的规律，并且在趋于稳定前渗透系数与观测尺度在对数坐标值上呈线性关系。目前渗透系数的确定方法主要有渗透仪法、双环渗水法、抽水试验法、注水试验法等。然而，由于条件限制，抽水试验和注水试验往往很难进行，并且区域的数值模拟是建立在大尺度剖分网格的基础上，室内渗透实验是在很小的尺度上进行的，体积仅为120cm3，其计算结果很难代表大尺度上的渗透系数。另外，填埋区黄土非均质性较强，野外少数的渗水试验也不能全面反应大面积填埋区渗透系数的分布。那么如何确定高填方土体大尺度的渗透系数，成为研究该类地下水模拟的关键问题。综上所述，现有技术中的渗透系数确定方法，存在无法确定高填方土体大尺度的渗透系数的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，用以解决现有技术中存在无法确定高填方土体大尺度的渗透系数的问题。本专利技术实施例提供一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，包括：在高填方土体不同水平面位置以及垂向位置进行取样，并用渗透仪法对土样垂向和横向渗透系数进行测定，获取环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性；在高填方土体不同位置处进行野外双环渗水试验，得到环刀尺度上的渗透系数值；根据环刀尺度上的渗透系数值，结合尺度效应原理，对野外双环渗水试验进行仿真模拟；将野外双环渗水试验仿真模拟放大到大尺度上进行模拟，结合环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性，得到大尺度渗透系数的分布。本专利技术实施例提供一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，还包括：建立双环渗水试验仿真模型，空间剖分采用正方体网格，将仿真模型的顶层设置为定水头，水头值为0m，将仿真模型底层内环和外环范围内也设置为定水头，水头值等于仿真模型顶层到底层的距离；结合尺度效应原理，选取一定的渗透系数代表值、按各向同性介质，计算不同剖分尺度下不同随机分布所得的渗透系数值，并与野外双环渗水试验的渗透系数实测值对比，选取合适的剖分尺寸；在确定的剖分尺寸基础上，分析大尺度等效渗透系数计算结果对不同渗透系数代表值数量和各向异性的敏感性。进一步地，所述将野外双环渗水试验仿真模拟放大到大尺度上进行模拟，结合环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性，得到大尺度渗透系数的分布；包括：在确定的剖分尺寸基础上，选取一定的代表值数量、按各向同性介质将模拟范围逐步放大，计算各个模拟范围下不同的随机分布下的渗透系数，将渗透系数值随模拟范围的增大趋于稳定时的模拟范围值确定为大尺度渗透系数的模拟范围；分析大尺度等效渗透系数计算结果对渗透系数代表值的数量的敏感性，确定合适的代表值个数；分析大尺度等效渗透系数计算结果对各向异性的敏感性，确定所测试出环刀尺度渗透系数大样本下大尺度渗透系数值；根据样本和总体的关系，确定大尺度渗透系数的分布。本专利技术实施例中，提供一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，与现有技术相比，其有益效果如下：本专利技术涉及一种非均质性强的高填方土体需要研究预测未来地下水运移规律时所需要的大尺度渗透系数，通过大量的试验、统计分析、条件模拟、尺度效应等方法和手段，分析研究了大型原位试验难以进行并且非均质性高的高填方土体的大尺度渗透系数，大尺度渗透系数是预测分析地下水运移规律的重要参数，高填方土体中大型的野外原位试验往往很难进行，因此本专利技术提出了基于室内渗透试验和野外双环渗水试验的一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，由于高填方土体具有非均质性强的特征，通过大量的取样分析，得到环刀尺度的渗透系数，对环刀尺寸渗透系数统计分析，结合尺度效应原理，对野外双环渗水试验进行仿真模拟，在对影响模拟结果的各个因素逐步分析的基础上，将模拟范围扩大到大尺度范围内，根据样本与总体的关系，确定大尺度渗透系数的分布。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的取样位置图；图3为本专利技术实施例提供的填埋土同一位置不同方向渗透系数对比图；图4为专利技术实施例提供的填埋土同一位置相同方向渗透系数对比图；图5为专利技术实施例提供的不同取样次数垂直渗透系数箱线图；图6为专利技术实施例提供的不同取样次数水平渗透系数箱线图；图7为专利技术实施例提供的不同取样高度垂直渗透系数箱线图；图8为专利技术实施例提供的不同取样高度水平渗透系数箱线图；图9为专利技术实施例提供的垂直渗透系数直方分布图；图10为专利技术实施例提供的水平渗透系数直方分布图；图11为专利技术实施例提供的渗透系数的累计频率图；图12为专利技术实施例提供的双环试验模拟范围内渗透系数随机分布图；图13为专利技术实施例提供的双环试验模型定水头边界分布剖面图；图14为专利技术实施例提供的模型计算与野外双环渗水试验结果对比图；图15为专利技术实施例提供的各向异性不同组合下双环渗水试验计算结果对比图；图16为专利技术实施例提供的不同数量代表值双环渗水试验计算结果对比图；图17为专利技术实施例提供的不同模拟范围大尺度渗透系数计算结果对比图；图18为专利技术实施例提供的不同代表值数量下大尺度渗透系数计算结果箱线图；图19为专利技术实施例提供的各向异性不同组合下大尺度渗透系数计算结果对比图；图20为专利技术实施例提供的大尺度渗透系数计算结果分布图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，本专利技术实施例提供的一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，该方法包括：步骤1，在高填方土体不同水平面位置以及垂向位置进行取样，并用渗透仪法对土样垂向和横向渗透系数进行测定，获取环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性。需要说明的是，为了分析环刀尺度上渗透系数空间的变化规律、各向异性、非均质性，对高填方土体进行大量取样，同一位置取样个数应为2-3个，取样位置在整个空间平均分布。步骤2，在高填方土体不同位置处进行野外双环渗水试验，得到环刀尺度上的渗透系数值。需要说明的是，由于野外双环渗透试验由于工作量比较大，可以在空间选取少数的代表点进行测试。步骤3，根据环刀尺度上的渗透系数值，结合尺度效应原理，对野外双环渗水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，其特征在于，包括：在高填方土体不同水平面位置以及垂向位置进行取样，并用渗透仪法对土样垂向和横向渗透系数进行测定，获取环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性；在高填方土体不同位置处进行野外双环渗水试验，得到环刀尺度上的渗透系数值；根据环刀尺度上的渗透系数值，结合尺度效应原理，对野外双环渗水试验进行仿真模拟；将野外双环渗水试验仿真模拟放大到大尺度上进行模拟，结合环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性，得到大尺度渗透系数的分布。

【技术特征摘要】
1.一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，其特征在于，包括：在高填方土体不同水平面位置以及垂向位置进行取样，并用渗透仪法对土样垂向和横向渗透系数进行测定，获取环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性；在高填方土体不同位置处进行野外双环渗水试验，得到环刀尺度上的渗透系数值；根据环刀尺度上的渗透系数值，结合尺度效应原理，对野外双环渗水试验进行仿真模拟；将野外双环渗水试验仿真模拟放大到大尺度上进行模拟，结合环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性，得到大尺度渗透系数的分布。2.如权利要求1所述的高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，其特征在于，还包括：建立双环渗水试验仿真模型，空间剖分采用正方体网格，将仿真模型的顶层设置为定水头，水头值为0m，将仿真模型底层内环和外环范围内也设置为定水头，水头值等于仿真模型顶层到底层的距离；结合尺度效应原理，选取一定的渗透系数代表值、按各向同性介质，计算不同剖分尺度下不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健华，钱会，李梦娜，李培月，高燕燕，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61