一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，利用一维土柱垂直入渗试验记录土柱入渗时土柱湿润锋变化过程，得到土体不变量入渗湿润锋含水率，对Green

【技术实现步骤摘要】
一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法


[0001]本专利技术属于土壤边坡稳定性分析领域，具体而言，涉及一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法。

技术介绍

[0002]我国是边坡破坏最严重地区之一，尤其是在西部黄土分布地带，所以在对边坡进行设计时，需要严谨地对边坡稳定性进行验算，以保证边坡在道路施工及运行过程遇到各种不利工况中仍处于安全状态。而我国大部分边坡破坏是在暴雨或连续降雨的工况下发生的，当降雨入渗的开始，边坡表面土体的入渗率、渗透系数、孔隙度、含水率等指标会随之改变，而且随着降雨的持续，入渗深度不断加深，边坡内部的土体性质和力学性质随之发生变化。所以在边坡稳定性分析过程中的一大难题就是合理模拟入渗过程中土体性质的改变。目前描述土壤入渗的模型有Kostiakov模型、Philip模型、Horton模型和Green
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Ampt模型，其中Kostiakov、Philip、Horton模型为经验公式，其中Green
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Ampt模型参数具有明确的物理意义，因而得到广泛应用。
[0003]但是Green
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Ampt模型中采用入渗条件是饱和入渗，不符合实际情况。
[0004]专利申请号为CN202110934585.4的专利技术专利公开了一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法，包括以下步骤：计算假定滑动面的圆弧半径；建立平面坐标系；计算边坡的滑动力矩；计算由摩擦力和粘聚力提供的抗滑力矩；计算整体锚固力矩；计算安全系数，评价边坡稳定性。该专利技术能够对锚杆加固边坡进行分析，既考虑坡体滑动状态下锚杆有效的锚固长度，又考虑进入坡体三角区内锚固体所受地应力非线性分布，得到较为真实准确的锚固力，从而确定加固边坡所需的锚杆数，锚杆的数量由需要提升的锚固力矩决定，当安全系数大于1时则不再需要增添锚杆的数量，此时边坡处于稳定状态。该专利技术对于锚杆加固边坡的设计计算将会带来很大的便利和准确性，但是该专利没有考虑入渗过程中土体性质的改变。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，利用一维土柱垂直入渗试验记录土柱入渗时土柱湿润锋变化过程，得到土体不变量入渗湿润锋含水率，对Green
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Ampt入渗模型计算方法进行改进，结合改进后的Green
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Ampt入渗模型得到边坡土体入渗深度随降雨时间的变化规律，然后对将湿润锋以上的范围内土取饱和参数或折减参数，其他范围内的土保持天然参数，最后进行稳定性分析与计算，得到持续降雨条件下动态的安全系数变化。本专利技术可以大大提高描述降雨工况下入渗过程的准确性，提高拟合计算边坡稳定性的精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，包括以下步骤：
[0008](1)、利用一维土柱垂直入渗试验记录土柱湿润锋变化过程，得到积水入渗湿润锋
含水率或无积水入渗湿润锋含水率；
[0009](2)、利用Green
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Ampt入渗模型得到边坡土体入渗深度随降雨时间的变化规律；
[0010](3)、将湿润锋以上的范围内土取饱和参数或折减参数，其他范围内的土保持天然参数，合理模拟出入渗过程中土体性质的改变；
[0011](4)、进行稳定性分析与计算，得到持续降雨条件下动态的安全系数变化。
[0012]优选的是，所述步骤(1)中一维土柱垂直入渗试验中，试验用土为重塑不同含水率的土，通过质量和体积控制不同密度。
[0013]上述任一方案中优选的是，所述步骤(1)中一维土柱垂直入渗试验所采用的试验系统包括供水装置，供水装置设置在固定支架上部，固定支架一侧设有试验土柱，所述试验土柱固定在有机玻璃管内，试验土柱内为土样，有机玻璃管上端延伸至供水装置一侧的固定支架上部，供水装置下部通过连接管和试验土柱连通并通过内套固定。
[0014]上述任一方案中优选的是，供水装置一侧设有刻度尺。
[0015]上述任一方案中优选的是，供水装置表面设有刻度标识。
[0016]上述任一方案中优选的是，试验土柱下部设有过滤层。
[0017]上述任一方案中优选的是，连接管出口处设有喷洒器。
[0018]上述任一方案中优选的是，连接管内设有微型涡轮雾化器，具体设置时，微型涡轮雾化器固定在连接管中间位置，微型涡轮雾化器设有多个均匀分布的叶片，单个叶片倾斜设置。水体进入连接管内后会推动微型涡轮雾化器的多个叶片旋转，从而对水体进行分隔，分割成多股微小的水流，从而使水体在土柱截面分散均匀。
[0019]上述任一方案中优选的是，所述叶片内设有多个微型孔。微型孔可以设置为圆形、三角形或星形等形状，进一步加强对水体的分隔效果，使水体分散更加均匀。
[0020]上述任一方案中优选的是，所述供水装置为马氏瓶。
[0021]上述任一方案中优选的是，所述供水装置高度为70
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90cm，内径为8
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12cm。
[0022]上述任一方案中优选的是，所述供水装置高度为70cm，内径为8cm。
[0023]上述任一方案中优选的是，所述供水装置高度为80cm，内径为10cm。
[0024]上述任一方案中优选的是，所述供水装置高度为90cm，内径为12cm。
[0025]上述任一方案中优选的是，所述试验土柱固定在有机玻璃管内，有机玻璃管高为50
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70cm，内直径为5
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8cm。
[0026]上述任一方案中优选的是，所述有机玻璃管高为50cm，内直径为5cm。
[0027]上述任一方案中优选的是，所述有机玻璃管高为60cm，内直径为6cm。
[0028]上述任一方案中优选的是，所述有机玻璃管高为70cm，内直径为8cm。
[0029]上述任一方案中优选的是，所述步骤(1)中一维土柱垂直入渗试验包括积水入渗试验和无积水入渗试验。
[0030]上述任一方案中优选的是，所述积水入渗试验具体的方法为：暴雨时，在室内模拟对应积水试验，用供水装置进行自动恒压供水并控制积水高度恒定，积水高度根据模拟的暴雨强度而定，试验过程中用秒表定时，记录供水装置水位变化，并观测土柱湿润锋变化过程。
[0031]上述任一方案中优选的是，所述无积水入渗试验采用人工供水和/或自然降雨中的至少一种供水方式。
[0032]上述任一方案中优选的是，所述无积水入渗试验采用人工供水时，具体方法为：控制速率在试验土体渗透系数以下，不产生积水情况，并持续供水，使水量在土柱截面分散均匀。
[0033]上述任一方案中优选的是，所述无积水入渗试验采用自然降雨，具体方法为：在天然降雨情况下，降雨强度较小，将制备好的试验土柱置于室外，让雨水自然入渗，试验过程中用秒表定时，记录供水装置水位变化，并观测土柱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、利用一维土柱垂直入渗试验记录土柱湿润锋变化过程，得到积水入渗湿润锋含水率或无积水入渗湿润锋含水率；(2)、利用Green
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Ampt入渗模型得到边坡土体入渗深度随降雨时间的变化规律；(3)、将湿润锋以上的范围内土取饱和参数或折减参数，其他范围内的土保持天然参数，合理模拟出入渗过程中土体性质的改变；(4)、进行稳定性分析与计算，得到持续降雨条件下动态的安全系数变化。2.根据权利要求1所述的基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中一维土柱垂直入渗试验中，试验用土为重塑不同含水率的土，通过质量和体积控制不同密度。3.根据权利要求1所述的基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中一维土柱垂直入渗试验所采用的试验系统包括供水装置(3)，供水装置(3)设置在固定支架(1)上部，供水装置(3)一侧设有刻度尺(2)，固定支架(1)一侧设有试验土柱(5)，所述试验土柱(5)固定在有机玻璃管内，有机玻璃管上端延伸至供水装置(3)一侧的固定支架(1)上部，供水装置(3)下部通过连接管和试验土柱(5)连通并通过内套(4)固定，试验土柱(5)内为土样(6)，试验土柱(5)下部设有过滤层(7)。4.根据权利要求1所述的基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中一维土柱垂直入渗试验包括积水入渗试验和无积水入渗试验。5.根据权利要求4所述的基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，其特征在于，所述积水入渗试验具体的方法为：暴雨时，在室内模拟对应积水试验，用供水装置(3)进行自动恒压供水并控制积水高度恒定，积水高度根据模拟的暴雨强度而定，试验过程中用秒表定时，记录供水装置(3)水位变化，并观测土柱湿润锋变化过程。6.根据权利要求4所述的基于室内试验的土体入渗计算与边...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秉宜，倪凯威，彭中浩，王月香，陈佳俊，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：