一种空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线的确定方法，包括：根据每一种预设基质吸力，确定相邻两个颗粒之间的液桥体积；根据相邻两个颗粒之间的液桥体积，确定每一种预设基质吸力对应的空间四颗粒不等径集合体的质量含水率；根据多个预设基质吸力和其对应的质量含水率，确定空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线。本发明专利技术基于液桥理论，根据多个预设基质吸力，求出多个预设吸力对应的四颗粒集合体中，每两个相邻颗粒之间的液桥体积，进一步得出预设基质吸力对应的多个质量含水率，从而确定了空间不等径四颗粒的土水特征曲线，本发明专利技术以多颗粒集合体为研究对象，更符合现实环境中土体的存在形式，故本发明专利技术得到土水特征曲线更准确。水特征曲线更准确。水特征曲线更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线的确定方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程
，具体涉及一种空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线的确定方法。

技术介绍

[0002]在水文学中，土水特征曲线(SWCC)是定义非饱和土中土壤基质吸力和质量含水率之间关系最基本的概念之一，也是描述非饱和土水、温度和溶质运移建模的基本工具。
[0003]现有技术基于液桥理论计算出了两个不等径颗粒间的基质吸力，进而得到不等径两颗粒的土水特征曲线。
[0004]然而，实际土体多以颗粒集合体的形式作用于外界环境，现有技术是基于两个不等径颗粒得到土水特征曲线的，没有考虑当不等径颗粒数增多时对土水特征曲线产生的影响，不能准确地反映实际环境中，土壤基质吸力与质量含水率间的关系。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术公开了一种空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线的确定方法。
[0006]本专利技术公开了一种空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线的确定方法，包括以下步骤：
[0007]根据每一种预设基质吸力，确定相邻两个颗粒之间的液桥体积；
[0008]根据相邻两个颗粒之间的液桥体积，确定每一种预设基质吸力对应的所述空间四颗粒不等径集合体的质量含水率；
[0009]根据多个预设基质吸力和其对应的质量含水率，确定所述空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线。
[0010]优选地，根据每一种预设基质吸力，确定相邻两个颗粒之间的液桥体积，具体为：
[0011]获取液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、液体表面张力和固液接触信息；
[0012]根据每一种预设基质吸力、液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、液体表面张力和固液接触信息，确定液桥的轮廓信息；
[0013]根据所述两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息和液桥的轮廓信息确定相邻两个颗粒之间的液桥体积。
[0014]优选地，根据每一种预设基质吸力、液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、液体表面张力和固液接触信息，确定液桥的轮廓信息，具体为：
[0015]根据每一种预设基质吸力、液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息和液体表面张力构建杨
‑
拉普拉斯方程；
[0016]根据液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、固液接触信息和液桥的轮廓信息构建隐函数方程；
[0017]根据所述杨
‑
拉普拉斯方程和所述隐函数方程确定液桥的轮廓信息。
[0018]优选地，所述液桥的轮廓信息为液桥的外轮廓半径。
[0019]优选地，根据相邻两个颗粒之间的液桥体积，确定所述空间四颗粒不等径集合体的质量含水率，具体为：
[0020]根据所述四颗粒构建四面体；
[0021]获取所述空间四颗粒不等径集合体的颗粒密度及所述四面体每条边的信息；
[0022]根据所述颗粒密度、四面体的每条边的信息和相邻两个颗粒之间的液桥体积，确定空间四颗粒不等径集合体的质量含水率。
[0023]优选地，所述四面体的每条边的信息包括每条边对应的系数以及每条边对应两颗粒的体积之和。
[0024]优选地，获取所述每条边对应的系数，具体为：
[0025]根据所述四面体建立坐标系；
[0026]根据空间四颗粒不等径集合体中，每一颗粒的尺寸信息和所述坐标系确定每条边对应的系数。
[0027]优选地，根据空间四颗粒不等径集合体中，每一颗粒的尺寸信息和所述坐标系确定所述四面体的每条边对应的系数，具体为：
[0028]根据空间四颗粒不等径集合体中，每一颗粒的尺寸信息和所述坐标系确定所述四面体的每一个面的法向量；
[0029]根据每一个所述法向量确定每一条边对应的两侧面的夹角的弧度值；
[0030]根据每一条边对应的两侧面的夹角的弧度值与2π的比值确定所述四面体的每条边对应的系数。
[0031]优选地，获取每条边对应两颗粒的体积之和，具体为：
[0032]根据球形体积公式和每条边对应两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息确定每条边对应两颗粒的体积之和。
[0033]相较于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0034](1)本专利技术基于液桥理论，根据多个预设基质吸力，求出多个预设吸力对应的四颗粒集合体中，每两个相邻颗粒之间的液桥体积，根据液桥体积进一步得出预设基质吸力对应的多个质量含水率，从而确定了空间不等径四颗粒的土水特征曲线，本专利技术的方法以多颗粒集合体为研究对象，更符合现实环境中土体的存在形式，故本专利技术得到土水特征曲线更准确；
[0035](2)本专利技术基于四颗粒集合体构建四面体，进而根据向量计算四面体每一条边对应的系数，故本专利技术的计算方法更简单。
附图说明
[0036]图1是本专利技术方法的流程图；
[0037]图2是不等径四颗粒间紧凑排列的结构图；
[0038]图3是构建的空间四面体示意图；
[0039]图4是相邻不等径颗粒之间的液桥受力示意图；
[0040]图5是相邻不等径颗粒间液桥体积计算示意图；
[0041]图6是不等径颗粒空间四颗粒集合体的土
‑
水特征曲线。
具体实施方式
[0042]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0043]如图1所示，本专利技术公开了一种空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线的确定方法，包括以下步骤：
[0044]S1、根据每一种预设基质吸力，确定相邻两个颗粒之间的液桥体积；
[0045]由于基质吸力是均匀分布在土体内部的，对不等径颗粒集合体而言，两两颗粒间的基质吸力大小相同而液桥体积不同。因此，与等径颗粒间土水特征曲线的计算方法不同，计算不等径颗粒集合体间的土水特征曲线时，需先假设一基质吸力值，后反算颗粒间液桥的体积。
[0046]优选地，S1具体为：
[0047]S11、获取液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、液体表面张力和固液接触信息；
[0048]优选地，尺寸信息为每一颗粒的半径，为预设值；固液接触信息指固液接触角，在其他实施例中，尺寸信息还可以是直径、距离等数值，固液接触信息还可能是固液接触面积。
[0049]在本实施例中，对空间四颗粒不等径集合体中，按下述方法对每一颗粒的半径值进行预设：
[0050]如图2所示，为不等径颗粒集合体的晶胞单元。对于不等径颗粒集合体而言，其颗粒的排列方式一般为紧凑四面体排列，而较少呈现简单立方体排列模式。如图3所示，取不等径颗粒紧凑四面体排列方式的晶胞单元作为研究对象，将四个颗粒的球心连接起来形成一普通四面体O1O2O3O4。以四面体O1O2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：根据每一种预设基质吸力，确定相邻两个颗粒之间的液桥体积；根据相邻两个颗粒之间的液桥体积，确定每一种预设基质吸力对应的所述空间四颗粒不等径集合体的质量含水率；根据多个预设基质吸力和其对应的质量含水率，确定所述空间四颗粒不等径集合体的土水特征曲线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每一种预设基质吸力，确定相邻两个颗粒之间的液桥体积，具体为：获取液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、液体表面张力和固液接触信息；根据每一种预设基质吸力、液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、液体表面张力和固液接触信息，确定液桥的轮廓信息；根据所述两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息和液桥的轮廓信息确定相邻两个颗粒之间的液桥体积。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据每一种预设基质吸力、液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、液体表面张力和固液接触信息，确定液桥的轮廓信息，具体为：根据每一种预设基质吸力、液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息和液体表面张力构建杨
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拉普拉斯方程；根据液桥对应的两颗粒中，每一颗粒的尺寸信息、固液接触信息和液桥的轮廓信息构建隐函数方程；根据所述杨
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拉普拉斯方程和所述隐函数方程确定液桥的轮廓信息。4.根据权利要求2或3任一项所述的方法，其特征在于，所述液桥的轮廓...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲诚，刘奉银，李跃涛，赵靖伟，李敬昌，李渤，万克诚，李超，温家兴，周画画，张云广，张会员，龙耀东，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：