【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含水率和非饱和土持水特性关系研究的，具体涉及一种基于含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten模型参数的方法。
技术介绍
1、土-水特征曲线是研究非饱和土的关键内容，能够直接反映出孔隙情况和持水能力，也是分析非饱和土和边坡稳定性的重要本构关系，因此寻找到一种能够快速、便捷地获取土-水特征曲线方法迫在眉睫；不同的含水率指标可以反映土体内孔隙含水量的不同状态情况，土-水特征曲线可以反映土体孔隙内部水分分布的状况，二者之间必定存在一定的联系。
2、目前获得土-水特征曲线的方法主要是通过试验法结合模型拟合，试验法主要有压力板法、张力计法，电/热传导传感器法、滤纸法、盐溶液蒸汽平衡法和tdr基质吸力量测法等；van genuchten模型因其适用于绝大部分土体而被广泛应用，以往van genuchten模型参数大多也是通过对土-水特征曲线试验获得数据进行拟合得到的，但试验法代价较高、试验仪器昂贵、耗时较长、具有局限性，一般试验只能获取土体在某种特定状态下的土-水特征曲线；然而在对非饱和土进行研究时，随着环境的温度、湿度或者外力作用，土体所处条件往往会发生变化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供快捷、有效且经济的一种基于含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten模型参数的方法。
2、为实现上述目的，本专利技术所设计的一种基于含水率指标推算土-水特征曲线vangenuchten模型参数的方法，包括如下步骤
3、步骤s1：在n个不同干密度范围条件下，通过室内含水率试验，获得以下各n个含水率指标：n个饱和含水率ωs、n个毛管含水率ωm、n个田间含水率ωf；
4、步骤s2：在n个不同干密度范围条件下，利用蒸发试验，获取蒸发含水率ωz随蒸发时间t变化的n条蒸发曲线，进而得到n个残余含水率ωr指标；
5、步骤s3：土-水特征曲线模型的van genuchten模型为：
6、
7、式中：ω为含水率；为基质吸力(kpa)；ωs为饱和含水率；ωr为残余含水率；α为近似对应于空气进气值的参数；m和n为曲线性状参数，m与模型的不对称性有关，m＝1-1/n；
8、利用饱和含水率、毛管含水率、田间含水率和残余含水率推算土-水特征曲线vangenuchten模型参数m、n、α。n组含水率指标得到n组van genuchten模型参数。
9、根据权利要求1所述基于含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten参数的方法，其特征在于：所述步骤s1中，具体过程如下：
10、步骤s11：将所取的样品进行烘干后粉磨，统一过筛，先干拌后加水湿拌，静置24h待水分迁移均匀，制备不同初始干密度的n份样品，一份样品对应一个已知初始干密度；将装有样品的环刀放于盛水的容器内，水面较环刀上缘低1-2mm，制备三份同样的样品；
11、步骤s12：第一份吸水8h后取出环刀内样品，烘干并计算毛管含水率ωm，n份饱和试样得到n个毛管含水率ωm；
12、步骤s13：第二份吸水24h后取出环刀内样品，烘干并计算饱和含水率ωs，n份饱和试样得到n个饱和含水率ωs；
13、步骤s14：第三份吸水24h后取出环刀，将其与滤纸一起放在沙盘上，经过8h吸水后，从环刀内取出样品，采烘干并计算田间含水率ωf，n份饱和试样得到n个田间含水率ωf。
14、根据权利要求1所述基于含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten模型参数的方法，其特征在于：所述步骤s2中，具体过程如下：
15、步骤s21：将所取的样品进行烘干后粉磨，统一过筛，先干拌后加水湿拌，静置24h待水分迁移均匀；制备不同初始干密度的n份样品，一份样品对应一个已知初始干密度；将n份样品均置于封闭环境内吸水24h；
16、步骤s22：n份饱和样品在相同环境内进行蒸发试验，观测试验过程中蒸发温度和湿度，直至所有样品表面完全干燥并发生开裂，在24h后样品的质量不发生变化时蒸发试验结束，其中，蒸发试验的室内温度保持在20～25℃、湿度为2～5％；记录蒸发试验中每一份饱和样品实测数据，每一份饱和样品的实测数据都包括蒸发时间t和与之对应的蒸发含水率ωz，并绘制蒸发时间t与蒸发含水率ωz的蒸发曲线，n份饱和试样得到n条蒸发曲线；在蒸发过程中曲线呈现3个阶段，并有明显的分界点，分别为常速率阶段、降速阶段和残余阶段。将常速率阶段与降速阶段的分界时间定义成临降时间tj，此时的含水率为临降含水率ωj；将降速阶段与残余阶段的分界时间定义成临残时间tr，将此时的含水率为残余含水率ωr，n份饱和试样得到n个残余含水率。
17、根据权利要求1所述基于含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten模型参数的方法，其特征在于：所述步骤s3中，具体过程如下：
18、步骤s31：利用含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten模型参数m：
19、当时
20、 ωq＝2-m(ωs-ωr)+ωr (2)
21、式中：ωq为进气吸力含水率；
22、因进气吸力含水率与毛管含水率在统计学意义上相等，即
23、ωq＝ωm(3)
24、 ωm＝2-m(ωs-ωr)+ωr (4)
25、将公式(4)进行变形，得到参数m的推算公式(5)
26、
27、步骤s32：利用含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten模型参数n：
28、因m＝1-1/n，根据参数m的计算式(5)得到van genuchten模型中参数n的推算公式(6)
29、
30、步骤s33：利用含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten模型参数α：
31、swcc的第一个拐点对应的是进气值点，以含水率为因变量，基质吸力的对数值为自变量，令van genuchten二阶导数为零，得到曲线拐点基质吸力，即进气基质吸力如公式(7)，将公式(7)代入公式(1)得van genuchten模型拐点对应含水率ωh，求一阶导得此时拐点含水率的曲线斜率k的表达式(9)，由k的定义，可变式为公式(10)，其中c为常数；
32、
33、
34、
35、
36、swcc幂函数表达，如公式(11)所示；
37、
38、式中：p和γ为方程参数。
39、swcc拐点基质吸力通常取值为范围为：9.81kpa—32.36kpa，代入公式(10)，计算含水率差值。
40、
41、 δωf＝p(9.81γ-32.36γ) (13)
42、将公式(11)与公式(12)、公式(13)联合得到γ，见公式(14)
43、
44、将公式(7)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于含水率指标推算土-水特征曲线Van Genuchten模型参数的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于含水率指标推算土-水特征曲线Van Genuchten参数的方法，其特征在于：所述步骤S1中，具体过程如下：
3.根据权利要求1所述基于含水率指标推算土-水特征曲线Van Genuchten模型参数的方法，其特征在于：所述步骤S2中，具体过程如下：
4.根据权利要求1所述基于含水率指标推算土-水特征曲线Van Genuchten模型参数的方法，其特征在于：所述步骤S3中，具体过程如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten模型参数的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于含水率指标推算土-水特征曲线van genuchten参数的方法，其特征在于：所述步骤s1中，具体过程如下：
3.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜常博，卢欣鑫，易富，陈亮朴，李东泽，杨磊，荀江波，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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