[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

说明书

本发明涉及一种基于微观孔隙通道的饱和∕非饱和渗透系数预测方法，包括：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∕非饱和渗透系数的模型；通过压力板仪和变水头试验，得到土的土‑水特征曲线和饱和渗透系数；利用饱和渗透系数的模型计算得出综合渗透比例常数k_c；根据某类土的综合渗透比例常数k_c和实测的土‑水特征曲线n等分后，利用相关模型计算得到某类土的饱和渗透系数k_s、非饱和相对渗透系数k_r；结合饱和渗透系数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。从微观角度出发，对于揭示控制土体渗透系数大小的内在机理、非饱和土的渗流分析及水力耦合研究具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种基于微观孔隙通道的饱和/非饱和渗透系数预测方法，尤其涉及一种基于微观孔隙通道的渗透系数预测方法，该主要应用于岩土工程方面，可以在测得土-水特征曲线(SWCC)基础上，有效预测土体的饱和或非饱和渗透系数计算方法。

背景技术

土-水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve，简称SWCC)，是描述非饱和土中吸力与含水量之间关系的曲线，土-水特征曲线能够反映土体中孔隙的大小和分布规律。渗透系数，又称水力传导系数，定义为单位水力梯度下通过的单位流量，是描述土体渗透性强弱的重要指标。目前，对于饱和渗透系数，一般通过建立与孔隙比的经验关系进行预测，这种方法对相关机理研究不够深入，鲜有见到从微观角度预测饱和渗透系数的理想方法。

对非饱和土渗透系数的预测方法，需要建立SWCC与非饱和土相对渗透系数的关系，这一方面，目前主要依托CCG模型(其中，饱和渗透系数：非饱和相对渗透系数：Mualem模型(其中，饱和渗透系数：非饱和相对渗透系数：Burdine模型(非饱和相对渗透系数为：等进行计算。但依旧存在问题，在对于CCG模型、Mualem模型以及Burdine模型，用概率论方法建立的孔隙通道模型，相关计算较为繁琐，且只考虑到孔隙纵向连通的可能性，而实际上孔隙通道横向也可能连通。更重要的是，三个模型计算结果相差较大，其适用性尚未查清，对于某一特定的土体，上述模型中的一个可能较为合适，但对于另外一种土体，若仍然采用该模型，预测误差可能大到不可忽略。

因此，新模型值得研究，但该方面的研究工作近年来进展较慢。本发明将“SWCC”视作反映孔隙通道的间接指标，SWCC试验某级压力下排出水的体积可看做该级孔隙通道的总体积，大大简化了相关计算。

基于这一理念，本发明结合流体力学理论、毛细理论建立了基于微观孔隙通道的渗透系数的预测新模型，以已有试验数据为基础验证了该模型的合理性。在解决问题时均从微观孔隙角度出发，是真正意义上的基于微观孔隙角度的预测方法，方法新颖，应用前景广阔。

发明内容

本发明提出了一种基于微观孔隙通道的饱和/非饱和渗透系数预测方法，主要解决的技术问题是：通过微观孔隙通道模型，结合土-水特征曲线(SWCC)，对土体饱和/非饱和渗透系数的预测，该方法从微观角度出发，对于揭示控制土体渗透系数大小的内在机理、非饱和土的渗流分析及水力耦合研究具有重要的意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

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；