[发明专利]一种基于微观孔隙通道的饱和/非饱和渗透系数预测方法

权利要求书

1.一种基于微观孔隙通道的饱和/非饱和渗透系数预测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)以微观连通孔隙通道渗流模型以及毛细理论为基础,建立以土-水特征曲线预测饱和渗透系数的模型以及非饱和渗透系数的模型；所述微观连通孔隙通道渗流模型是海量的孔隙通道渗透系数叠加起来所形成的；

2)通过压力板仪试验，测得不同类型土的土-水特征曲线，并按体积含水量划为n等份；

3)通过变水头试验，测得不同类型土的饱和渗透系数，根据步骤2)测得所对应土的土-水特征曲线以及步骤1)构建得到的以土-水特征曲线预测饱和渗透系数的模型得出不同类型土的综合渗透比例常数k_c，同一类型土的综合渗透比例常数k_c是一个定值；

4)根据某类型土的综合渗透比例常数k_c和实测的土-水特征曲线，预测这一类型土的饱和渗透系数k_s；通过实测某类型土的土-水特征曲线以及步骤1)构建得到的以土-水特征曲线预测非饱和相对渗透系数的模型计算得到非饱和相对渗透系数k_r；结合预测得到的土的饱和渗透系数k_s及非饱和相对渗透系数k_r，相乘得非饱和渗透系数k_w。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)获取饱和土的渗透系数；所述饱和土的渗透系数是海量的连通孔隙通道的渗透系数叠加起来所形成；所述海量的连通孔隙通道组成微观孔隙通道渗透模型；所述连通孔隙通道的等效孔径大小是非等同的；所述连通孔隙通道的渗流先后顺序是非等同的；所述饱和土的渗透系数的表达式是：

其中：

Q为通过分析土样横截面A的总流量；

A为分析土样横截面总面积；

A_i为第i级孔隙通道横截面面积；

J为水力坡度；

d_i表示第i级孔隙通道等效直径；

γ表示流体的重度，所述γ＝ρg；所述ρ是流体的密度；所述g是重力加速度；

k_s表示饱和土的渗透系数；

μ表示流体的动力粘性系数；

1.2)根据毛细理论建立体积含水量表示的土-水特征曲线(SWCC)与孔隙通道的关系；所述体积含水量表示的土-水特征曲线(SWCC)与孔隙通道的关系表达式为：

其中：

ψ_i表示相应于d_i的基质吸力；

T_s为表面张力；

α为土与水的接触角；

d_i表示第i级孔隙通道等效直径；

θ_i＝V/V_T (3)

其中：

θ_i表示相应于基质吸力ψ_i的体积含水量；

V表示等效直径小于等于d_i的孔隙通道累计体积；

d_i表示第i级孔隙通道等效直径；

V_T表示分析土样总体积；

1.3)将步骤1.2)所得到的体积含水量表示的土-水特征曲线(SWCC)与孔隙通道的关系表达式与步骤1.1)所得到的饱和土的渗透系数相结合，得到饱和渗透系数模型，所述饱和渗透系数模型的表达式是：

其中：

综合比例常数k_c＝γT_s²cos²α/(2p_iμ)，式中pi是第i级孔通道实际长度与土样长度l比值，γ表示流体的重度，T_s为表面张力，α为土与水的接触角，μ表示流体的动力粘性系数，对于同一土样，所述综合比例常数为同一常数；

Δθ_i＝θ_i+1-θ_i；所述Δθ_i是第i段的体积含水量改变量；

ψ_i是表示相应于d_i的基质吸力；所述ψ_i＝(ψ_a+ψ_b)/2；所述ψ_a、ψ_b分别为d_i的基质吸力段的上下界限基质吸力值；

1.4)当总孔隙通道有n级，且只有1～m级通道充满水，所述m<n时，则非饱和相对渗透系数模型的表达式是：

其中：

Δθ_i＝θ_i+1-θ_i；所述Δθ_i是第i段的体积含水量改变量；

ψ_i是表示相应于d_i的基质吸力；所述ψ_i＝(ψ_a+ψ_b)/2；所述ψ_a、ψ_b分别为d_i的基质吸力段的上下界限基质吸力值。