非饱和土绝对渗透系数的预测方法和系统技术方案

本申请公开了一种非饱和土绝对渗透系数的预测方法和系统，该方法通过对至少两种非饱和相对渗透系数模型进行数据分析并进行统一处理，得到非饱和相对渗透系数统一模型，能够保证非饱和相对渗透系数统一模型的可靠度；然后，基于进气吸力值和饱和渗透系数，对非饱和相对渗透系数统一模型进一步迭代处理，构建出非饱和土绝对渗透系数的定量关系模型，实现快速获取待测土料的非饱和绝对渗透系数，从而准确预测非饱和水力特性。确预测非饱和水力特性。确预测非饱和水力特性。

【技术实现步骤摘要】
非饱和土绝对渗透系数的预测方法和系统


[0001]本专利技术涉及岩土工程
，尤其涉及一种非饱和土绝对渗透系数的预测方法和系统。

技术介绍

[0002]非饱和渗透系数是边坡降雨入渗、污染物运移等研究中的重要参数。影响渗透系数大小的因素也有很多，包括土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数的精确理论公式比较困难。
[0003]然而，现有的非饱和渗透系数的确定方式分为直接测量法与间接预测法。直接测量法主要通过瞬态剖面法、湿润峰前进法等试验直接测量，试验工作量较大，耗时较长；间接预测法主要通过经验模型、宏观模型与统计模型进行预测，其中，经验模型与宏观模型旨在使用简单的数学模型进行预测工作，需要大量数据获得模型参数；而统计模型预测工作基于土
‑
水特征曲线试验耗时较久，计算工作量较大。
[0004]因此，现有技术中存在难以准确预测非饱和水力特性的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种非饱和土绝对渗透系数的预测方法和系统，以解决存在的难以准确预测非饱和水力特性的问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种非饱和土绝对渗透系数的预测方法，包括：
[0007]获取待测土料的质量分维数；
[0008]获取土
‑
水特征曲线分形模型，并将质量分维数代入土
‑
水特征曲线分形模型，得到待测土料的饱和度计算公式；
[0009]获取至少两种非饱和相对渗透系数模型的表达式，结合饱和度计算公式，得到非饱和相对渗透系数统一模型；
[0010]获取待测土料的进气吸力值；
[0011]将进气吸力值代入非饱和相对渗透系数统一模型，并结合饱和渗透系数，确定待测土料的非饱和绝对渗透系数。
[0012]进一步地，获取待测土料的质量分维数，包括：
[0013]获取待测土料的黏粒质量含量和第一比值；
[0014]根据黏粒质量含量和第一比值，基于质量分维数计算公式，确定待测土料的质量分维数；
[0015]其中，第一比值为黏粒粒径上限与最大粒径的比值。
[0016]进一步地，质量分维数的计算公式为：
[0017][0018]其中，D为质量分维数，K
M
为黏粒质量含量，K
R
为第一比值。
[0019]进一步地，土
‑
水特征曲线分形模型表示为：
[0020][0021]待测土料的饱和度的计算公式为：
[0022][0023]其中，θ为非饱和土的体积含水率，θ
s
为饱和土的体积含水率，ψ为非饱和土的基质吸力，ψ
a
为非饱和土的进气吸力值，Sr为待测土料的饱和度。
[0024]进一步地，非饱和相对渗透系数模型包括Burdine模型、Mualem模型和T
‑
K模型；获取至少两种非饱和相对渗透系数模型的表达式，结合饱和度计算公式，得到非饱和相对渗透系数统一模型；
[0025]对饱和度计算公式求导，得到体积含水率倒数公式；
[0026]将体积含水率倒数公式代入至少两种非饱和相对渗透系数模型，并进行数据推导，得到非饱和相对渗透系数统一模型。
[0027]进一步地，非饱和相对渗透系数统一模型表示为：
[0028][0029]其中，k
r
为非饱和相对渗透系数，β为与土体分维数相关的参数。
[0030]进一步地，获取待测土料的进气吸力值，包括：
[0031]获取待测土料的饱和渗透系数；
[0032]根据饱和渗透系数，基于进气吸力值计算公式，得到进气吸力值。
[0033]进一步地，进气吸力值的计算公式为：
[0034][0035]其中，k
s
为土体饱和渗透系数，k0为模型比例常数。
[0036]进一步地，待测土料的非饱和绝对渗透系数的计算公式为：
[0037][0038]其中，k(ψ)为待测土料的非饱和绝对渗透系数。
[0039]为了解决上述问题，本专利技术还提供一种非饱和土绝对渗透系数的预测系统，包括：
[0040]质量分维数获取模块，用于获取待测土料的质量分维数；
[0041]饱和度计算模块，用于获取土
‑
水特征曲线分形模型，并将质量分维数代入土
‑
水特征曲线分形模型，得到待测土料的饱和度计算公式；
[0042]非饱和相对渗透系数统一模型获取模块，用于获取至少两种非饱和相对渗透系数模型的表达式，结合饱和度计算公式，得到非饱和相对渗透系数统一模型；
[0043]进气吸力值获取模块，用于获取待测土料的进气吸力值；
[0044]非饱和绝对渗透系数确定模块，用于将进气吸力值代入非饱和相对渗透系数统一模型，确定待测土料的非饱和绝对渗透系数。
[0045]采用上述实施例的有益效果是：本专利技术提供一种非饱和土绝对渗透系数的预测方法和系统，该方法通过对至少两种非饱和相对渗透系数模型进行数据分析并进行统一处理，得到非饱和相对渗透系数统一模型，能够保证非饱和相对渗透系数统一模型的可靠度；然后，基于进气吸力值和饱和渗透系数，对非饱和相对渗透系数统一模型进一步迭代处理，构建出非饱和土绝对渗透系数的定量关系模型，实现快速获取待测土料的非饱和绝对渗透系数，从而准确预测非饱和水力特性。
附图说明
[0046]图1为本专利技术提供的非饱和土绝对渗透系数的预测方法一实施例的流程示意图；
[0047]图2为本专利技术提供的获取待测土料的质量分维数一实施例的流程示意图；
[0048]图3为本专利技术提供的得到非饱和相对渗透系数统一模型一实施例的流程示意图；
[0049]图4为本申请提供的Reinhausen Pelosol粉质粘壤土非饱和绝对渗透系数实测值与本申请预测结果的对比图；
[0050]图5为本申请提供的砂质壤土1非饱和绝对渗透系数实测值与本申请预测结果的对比图；
[0051]图6为本申请提供的Weld Aridic Paleustoll fine砂壤土非饱和绝对渗透系数实测值与本申请预测结果的对比图；
[0052]图7为本申请提供的砂质壤土2非饱和绝对渗透系数实测值与本申请预测结果的对比图；
[0053]图8为本申请提供的Seelow crumbly壤土非饱和绝对渗透系数实测值与本申请预测结果的对比图；
[0054]图9为本申请提供的Seelow polyeder壤土非饱和绝对渗透系数实测值与本申请预测结果的对比图；
[0055]图10为本申请提供的Schachen砂土非饱和绝对渗透系数实测值与本申请预测结果的对比图；
[0056]图11为本申请提供的Buchberg壤土非饱和绝对渗透系数实测值与本申请预测结果的对比图；
[0057]图12为本专利技术提供的非饱和土绝对渗透系数的预测系统一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非饱和土绝对渗透系数的预测方法，其特征在于，包括：获取待测土料的质量分维数；获取土
‑
水特征曲线分形模型，并将所述质量分维数代入所述土
‑
水特征曲线分形模型，得到所述待测土料的饱和度计算公式；获取至少两种非饱和相对渗透系数模型的表达式，结合所述饱和度计算公式，得到非饱和相对渗透系数统一模型；获取所述待测土料的进气吸力值；将所述进气吸力值代入所述非饱和相对渗透系数统一模型，并结合饱和渗透系数，确定所述待测土料的非饱和绝对渗透系数。2.根据权利要求1所述的非饱和土绝对渗透系数的预测方法，其特征在于，所述获取待测土料的质量分维数，包括：获取所述待测土料的黏粒质量含量和第一比值；根据所述黏粒质量含量和所述第一比值，基于质量分维数计算公式，确定所述待测土料的质量分维数；其中，所述第一比值为黏粒粒径上限与最大粒径的比值。3.根据权利要求2所述的非饱和土绝对渗透系数的预测方法，其特征在于，所述质量分维数的计算公式为：其中，D为所述质量分维数，K
M
为所述黏粒质量含量，K
R
为所述第一比值。4.根据权利要求3所述的非饱和土绝对渗透系数的预测方法，其特征在于，所述土
‑
水特征曲线分形模型表示为：所述待测土料的饱和度的计算公式为：其中，θ为非饱和土的体积含水率，θ
s
为饱和土的体积含水率，ψ为所述非饱和土的基质吸力，ψ
a
为所述非饱和土的进气吸力值，Sr为所述待测土料的饱和度。5.根据权利要求4所述的非饱和土绝对渗透系数的预测方法，其特征在于，所述非饱和相对渗透系数模型包括Burdine模型、Mualem模型和T
‑
K模型；所述获取至少两种非饱和相对渗透系数模型的表达式，结合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶高梁，周宏豫，彭寅杰，肖衡林，马强，李丽华，朱志政，谢凯，王超超，郭二辉，荣辉阳，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：