本发明专利技术公开了一种针对不同渗流速率下土水特征曲线的预测方法及装置，该方法一实施方式包括：首先获取测量装置中由粗粒土形成的土柱在静态试验时对应的静态边界曲线以及在动态试验时已知渗流速率下对应的动态边界曲线；其次利用土水特征曲线经验模型分别对静态边界曲线和动态边界曲线进行拟合，得到对应的静态模型参数和动态模型参数；之后基于静态模型参数、动态模型参数、已知渗流速率以及土柱高度，确定渗流速率参数；再基于渗流速率参数、静态模型参数，以及待测渗流速率对应的水力坡降，对VG模型进行处理，得到边界曲线预测模型。由此，本实施例能够利用边界曲线预测模型预测不同渗流速率下边界曲线，提高了边界曲线预测的准确率。的准确率。的准确率。
【技术实现步骤摘要】
针对不同渗流速率下土水特征曲线的预测方法及装置
[0001]本专利技术属于土体水分特征曲线测量
，尤其涉及一种针对不同渗流速率下土水特征曲线的预测方法及装置。
技术介绍
[0002]土水特征曲线描述了土体含水状态与吸力的关系，对描述土体基本水力特性、变形和强度行为至关重要。传统土水特征曲线测量方法主要有吸力控制和吸力测量。吸力控制式主要采用轴平移技术，施加气压来提高吸力，例如体积压力板仪法，这类方法需要很长的平衡时间，一般只能测量主干燥线，难以实现滞回扫描线的测量。吸力测量法通过滤纸、张力计等直接测量吸力，这类方法需要制备不同含水率的土柱，无法对渗流过程的变化进行完整检测。此外，上述方法主要应用于粉土或黏土的测量，对于粗粒土或砂性土测量而言均有一定的操作难度，因为粗粒土和砂性土粘聚力较小，不易成样。
[0003]传统方法仅能测量土柱在平衡条件下，即持水状态保持不变情况下的边界曲线，无法得到非平衡条件下的扫描线。而实际的降雨和蒸发过程中土体的持水状态是一直变化的，例如当孔隙水瞬态流动时，土体的持水特征会表现出明显的流速相关性；因此土水特征曲线和水力参数都与流速有关。传统方法测量往往需要很长的平衡时间，所得的曲线只能表征静态或平衡条件下的土水特征曲线关系，无法测得不同渗流速率下的动态土水特征曲线。另外，传统方法往往只能得到一条干燥曲线，无法得到粗粒土完整的滞回曲线，因此难以实现完整的滞回曲线测量及预测线。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种针对不同渗流速率下土水特征曲线的预测方法及装置。该方法不仅能够测量土柱在不同渗流速率下的土水特征曲线，而且还能够基于干湿路径的测量得到滞回曲线。
[0005]为实现上述目的，根据本申请实施例第一方面提供针对不同渗流速率下土水特征曲线的预测方法，所述方法包括：获取测量装置中由粗粒土形成的土柱在静态试验时对应的静态边界曲线，以及在动态试验时已知渗流速率下对应的动态边界曲线；利用土水特征曲线的VG模型分别对所述静态边界曲线和所述动态边界曲线进行拟合，得到对应的静态模型参数和动态模型参数；基于所述静态模型参数、所述动态模型参数、所述已知渗流速率以及土柱高度，确定渗流速率参数；基于所述渗流速率参数、所述静态模型参数，以及待测渗流速率对应的水力坡降，对所述VG模型进行处理，得到边界曲线预测模型。
[0006]可选的，所述的方法还包括：基于所述边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的动态边界曲线。
[0007]可选的，所述动态边界曲线为干燥边界曲线或者吸湿边界曲线；干燥边界曲线对应干燥边界曲线预测模型；吸湿边界曲线对应吸湿边界曲线预测模型；所述基于所述边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的动态边界曲线，包括：基于所述干燥边界曲
线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的干燥边界曲线；基于所述吸湿边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的吸湿边界曲线；基于所述干燥边界曲线和所述吸湿边界曲线确定与所述待测渗流速率对应的边界滞回曲线。
[0008]可选的，所述基于所述静态模型参数、所述动态模型参数、所述已知渗流速率以及土柱高度，确定渗流速率参数；包括：获取测量装置中土柱高度，以及所述已知渗流速率对应的吸力台阶；基于所述吸力台阶和所述土柱高度，确定所述已知渗流速率对应的水力坡降；所述动态模型参数、所述静态模型参数，以及所述已知渗流速率对应的水力坡降，确定渗流速率参数。
[0009]可选的，所述方法还包括：获取所述土柱在静态试验时对应的静态扫描线以及在动态试验时已知渗流速率对应的动态扫描线；所述静态扫描线或所述动态扫描线用于指示除所述干燥边界曲线与所述吸湿边界线之外的土水特征曲线；确定所述边界曲线预测模型对应的边界曲线斜率；基于所述静态扫描线的斜率、所述边界曲线斜率、所述动态扫描线与对应边界曲线之间的距离，以及相同体积含水率处干燥边界曲线与吸湿边界曲线之间的差值，确定扫描线预测参数；针对任一待测渗流速率：基于所述扫描线预测参数、所述边界曲线斜率、所述待测渗流速率对应的扫描线与边界曲线之间的距离，以及相同体积含水率处干燥边界曲线与吸湿边界曲线之间的差值，确定待测渗流速率对应的动态扫描线斜率；基于所述待测渗流速率对应的动态扫描线斜率、含水率变化，以及所述含水率变化对应的吸力变化，构建扫描线预测模型。
[0010]可选的，基于所述扫描线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的动态扫描线。
[0011]可选的，所述动态扫描线为干燥扫描线或者吸湿扫描线；干燥扫描线对应干燥曲线斜率；吸湿边界曲线对应吸湿曲线斜率；所述基于所述扫描线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的动态扫描线，包括：基于所述干燥曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的干燥扫描线；基于所述吸湿曲线预测模型，预测与所述待测渗流速率对应的吸湿扫描线；基于所述干燥扫描线和所述吸湿扫描线，确定所述待测渗流速率对应的中间滞回曲线。
[0012]为实现上述目的，根据本申请实施例第二方面提供一种针对不同渗流速率下土水特征曲线的预测装置，所述装置包括：第一获取模块，用于获取测量装置中由粗粒土形成的土柱在静态试验时对应的静态边界曲线，以及在动态试验时已知渗流速率下对应的动态边界曲线；拟合模块，用于利用土水特征曲线的VG模型分别对所述静态边界曲线和所述动态边界曲线进行拟合，得到对应的静态模型参数和动态模型参数；第一确定模块，用于基于所述静态模型参数、所述动态模型参数、所述已知渗流速率以及土柱高度，确定渗流速率参数；模型获得模块，用于基于所述渗流速率参数、所述静态模型参数，以及待测渗流速率对应的水力坡降，对所述VG模型进行处理，得到边界曲线预测模型。
[0013]可选的，所述装置还包括：第一预测模块，用于基于所述边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的动态边界曲线。
[0014]可选的，所述动态边界曲线为干燥边界曲线或者吸湿边界曲线；干燥边界曲线对应干燥边界曲线预测模型；吸湿边界曲线对应吸湿边界曲线预测模型；所述预测模块还包括：第一预测单元，用于基于所述干燥边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的干燥边界曲线；第二预测单元，用于基于所述吸湿边界曲线预测模型预测与所述待测渗流
速率对应的吸湿边界曲线；确定单元，用于基于所述干燥边界曲线和所述吸湿边界曲线，确定与所述待测渗流速率对应的边界滞回曲线。
[0015]为实现上述目的，根据本申请实施例第三方面提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
[0016]与现有技术相比，本专利技术实施例提供一种针对不同渗流速率下土水特征曲线的预测方法及装置，该方法包括：首先，获取测量装置中由粗粒土形成的土柱在静态试验时对应的静态边界曲线，以及在动态试验时已知渗流速率下对应的动态边界曲线；其次，利用土水特征曲线VG模型分别对所述静态边界曲线和所述动态边界曲线进行拟合，得到对应的静态模型参数和动态模型参数；之后，基于所述静态模型参数、所述动态模型参数、所述已知渗流速率以及土柱高度，确本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种针对不同渗流速率下土水特征曲线的预测方法，其特征在于，所述方法包括：获取测量装置中由粗粒土形成的土柱在静态试验时对应的静态边界曲线，以及在动态试验时已知渗流速率下对应的动态边界曲线；利用土水特征曲线的VG模型分别对所述静态边界曲线和所述动态边界曲线进行拟合，得到对应的静态模型参数和动态模型参数；基于所述静态模型参数、所述动态模型参数、所述已知渗流速率以及土柱高度，确定渗流速率参数；基于所述渗流速率参数、所述静态模型参数，以及待测渗流速率对应的水力坡降，对所述VG模型进行处理，得到边界曲线预测模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：基于所述边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的动态边界曲线。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述动态边界曲线为干燥边界曲线或者吸湿边界曲线；干燥边界曲线对应干燥边界曲线预测模型；吸湿边界曲线对应吸湿边界曲线预测模型；所述基于所述边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的动态边界曲线，包括：基于所述干燥边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的干燥边界曲线；基于所述吸湿边界曲线预测模型预测与所述待测渗流速率对应的吸湿边界曲线；基于所述干燥边界曲线和所述吸湿边界曲线，确定与所述待测渗流速率对应的边界滞回曲线。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述静态模型参数、所述动态模型参数、所述已知渗流速率以及土柱高度，确定渗流速率参数；包括：获取测量装置中土柱高度，以及所述已知渗流速率对应的吸力台阶；基于所述吸力台阶和所述土柱高度，确定所述已知渗流速率对应的水力坡降；所述动态模型参数、所述静态模型参数，以及所述已知渗流速率对应的水力坡降，确定渗流速率参数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：获取所述土柱在静态试验时对应的静态扫描线以及在动态试验时已知渗流速率对应的动态扫描线；所述静态扫描线或所述动态扫描线用于指示除所述干燥边界曲线与所述吸湿边界线之外的土水特征曲线；确定所述边界曲线预测模型对应的边界曲线斜率；基于所述静态扫描线的斜率、所述边界曲线斜率、所述动态扫描线与对应边界曲线之间的距...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，张高翔，李旭，安秀静，刘靖明，史超然，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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