[发明专利]一种基于随机起动的管涌渗透系数确定方法

权利要求书

1.一种基于随机起动的管涌渗透系数确定方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将无粘性管涌型土的颗粒分为两类，骨架颗粒和可动颗粒，其界限粒径用式（1）计算：

xa=2c12c1+1+2c2·AaBa2---(1)]]>

式中：x_a为界限粒径，大于该粒径为骨架颗粒，小于则为可动颗粒；系数c₁为颗粒的形状系数；系数c₂为与土的密实度有关的系数；A_a和B_a分别用式（2）和式（3）确定：

Aa=∫ya1yx(y)dy-ya∫ya1dyx(y)---(2)]]>

Ba=∫ya1dyx(y)---(3)]]>

式中：y_a为与界限粒径x_a对应的可动颗粒含量；y是小于某粒径x的含量，x(y)为对应y的粒径；

（2）根据式（1）计算的界限粒径x_a，小于x_a的可动颗粒每一粒径组的平均粒径为：

D‾i=D(i-1)+D(i)2---(4)]]>

式中：D_i为第i可动粒组平均粒径；D_(i-1)和D_(i)分别为为第（i-1）和第i粒径组的代表粒径。

第i个可动粒组的颗粒数为：

Ni=6MiπD‾i3ρs---(5)]]>

式中：N_i为第i个可动粒组的颗粒数；为第i个可动粒组平均粒径，由式（4）确定；M_i为第i个可动粒组质量，可由级配曲线确定；ρ_s为可动颗粒密度；

（3）考虑孔隙水流流速的随机性，假定服从正态分布，可动颗粒流失后土体的孔隙率为：

n′=n+Σi=1kE(N)iVi1-Σi=1kE(N)iVi---(6)]]>

式中：n′为可动颗粒流失后土体的孔隙率；n为原始孔隙率；k为可动颗粒分组数目；E(N)_i为第i个可动粒组中起动颗粒数目的期望值，由式（7）确定；V_i为第i可动粒组起动孔隙流速，由式（8）确定；

第i个可动粒组中起动的颗粒数目的期望值为：

式中：E(N)_i为第i个可动粒组中起动颗粒数目的期望值；N_i为第i可动粒组可动颗粒数目，由式（5）确定；V_i为第i可动粒组起动孔隙流速，由式（8）确定；v′为平均孔隙水流流速；σ为标准差；

第i可动粒组起动孔隙流速为：

式中：V_i为第i可动粒组起动孔隙流速；D_i为第i可动粒组的平均粒径，由式（4）确定；ρ_s、ρ_w分别为可动颗粒与流体的密度；μ为流体的的粘滞系数；θ为两颗粒中心连线与竖直方向的夹角；为水流方向，g为重力加速度；

（4）将可动颗粒从细到粗分为k个粒组，则第i粒组剩余颗粒质量将i从1取值到k，计算出每一粒组剩余质量，根据计算结果，得到可动颗粒流失后更新的土体级配曲线；

将式(6)计算结果及更新后的级配曲线所确定的d_ω带入式(9)得到可动颗粒流失后土体的渗透系数K：

K=780(n′)3{1-(n′)}3dω---(9)]]>

式中：K为可动颗粒流失后土体渗透系数；d_ω为等效粒径，按式（10）确定：

1dω=Σi=2nMdidi+32Md1d1---(10)]]>

式中：d_i为第i级粒径的平均粒径，为相应于d_i粒径级的颗粒重量，d₁为第1组可动颗粒粒径。

2.根据权利要求1所述的基于随机起动的管涌渗透系数确定方法，其特征在于：步骤（1）中，界限粒径x_a的求解可采用试算法或迭代法：首先假定x_a的初始值x_a0，由式(2)、式(3)计算出A_a和B_a，将A_a和B_a带入式(1)，得到一个x_a，记为x_a1，若x_a0与x_a1相差较小，则取二者平均值作为x_a，否则用x_a1重复以上步骤。