[发明专利]一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法

说明书

本发明公开了一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，包括：获取环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性；在高填方土体不同位置处进行野外双环渗水试验，得到环刀尺度上的渗透系数值；结合尺度效应原理，对野外双环渗水试验进行仿真模拟；将野外双环渗水试验仿真模拟放大到大尺度上进行模拟，结合环刀尺度上填埋土体渗透系数的原始分布，得到大尺度渗透系数的分布。本发明涉及的是非均质性强的高填方土体需要研究预测未来地下水运移规律时所需要的大尺度渗透系数，即通过大量的试验、统计分析、条件模拟、尺度效应等方法和手段，分析研究了大型原位试验难以进行并且非均质性高的高填方土体的大尺度渗透系数。

技术领域

本发明涉及土体渗透系数技术领域，更具体的涉及一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法。

背景技术

黄土在我国分布广泛，由于黄土本具有易侵蚀的特性，丘陵沟壑成为其主要的地貌类型，即便在黄土塬区也存在大量大规模的冲沟，并且冲沟的规模也在不断扩大。近年来，随着经济和社会的发展，土地资源日趋紧张。为了满足需要，黄土地区开始出现大规模的填沟平地的工程，产生了大量的高填方黄土填筑体。重大岩土工程中地貌形态的改变势必会影响地下水的运动规律，数值模拟是预测未来条件下地下水运动规律的有效途径。在数值模拟中，渗透系数的准确性是影响计算结果的关键因素。

大量的研究表明，渗透系数会随着研究尺度的不同而发生变化，即具有一定的尺度效应。Schulze-Makuch等通过39种地质介质渗透系数和测试尺度的数据，论证了渗透系数随观测尺度增大而增大并趋于稳定的规律，并且在趋于稳定前渗透系数与观测尺度在对数坐标值上呈线性关系。目前渗透系数的确定方法主要有渗透仪法、双环渗水法、抽水试验法、注水试验法等。然而，由于条件限制，抽水试验和注水试验往往很难进行，并且区域的数值模拟是建立在大尺度剖分网格的基础上，室内渗透实验是在很小的尺度上进行的，体积仅为120cm³，其计算结果很难代表大尺度上的渗透系数。另外，填埋区黄土非均质性较强，野外少数的渗水试验也不能全面反应大面积填埋区渗透系数的分布。那么如何确定高填方土体大尺度的渗透系数，成为研究该类地下水模拟的关键问题。

综上所述，现有技术中的渗透系数确定方法，存在无法确定高填方土体大尺度的渗透系数的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，用以解决现有技术中存在无法确定高填方土体大尺度的渗透系数的问题。

本发明实施例提供一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，包括：在高填方土体不同水平面位置以及垂向位置进行取样，并用渗透仪法对土样垂向和横向渗透系数进行测定，获取环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性；

在高填方土体不同位置处进行野外双环渗水试验，得到环刀尺度上的渗透系数值；

根据环刀尺度上的渗透系数值，结合尺度效应原理，对野外双环渗水试验进行仿真模拟；

将野外双环渗水试验仿真模拟放大到大尺度上进行模拟，结合环刀尺度上填埋土体渗透系数在空间的变化规律、各向异性及非均质性，得到大尺度渗透系数的分布。

本发明实施例提供一种高填方土体大尺度渗透系数的确定方法，还包括：

建立双环渗水试验仿真模型，空间剖分采用正方体网格，将仿真模型的顶层设置为定水头，水头值为0m，将仿真模型底层内环和外环范围内也设置为定水头，水头值等于仿真模型顶层到底层的距离；

结合尺度效应原理，选取一定的渗透系数代表值、按各向同性介质，计算不同剖分尺度下不同随机分布所得的渗透系数值，并与野外双环渗水试验的渗透系数实测值对比，选取合适的剖分尺寸；

在确定的剖分尺寸基础上，分析大尺度等效渗透系数计算结果对不同渗透系数代表值数量和各向异性的敏感性。