[发明专利]一种砾石土侵蚀阶段的水力参数及涌水量的确定方法

权利要求书

1.一种砾石土侵蚀阶段的水力参数及涌水量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据分级侵蚀原理，计算各级粒径的土壤颗粒含量P和土壤孔隙率n，绘制各级粒径与各级粒径的土壤颗粒含量P的PSD曲线及在每个侵蚀阶段下各级粒径与各级粒径的土壤颗粒含量P的PSD曲线簇；

计算各级粒径的土壤颗粒含量P和土壤孔隙率n的方法为：

根据下式(1)计算第j级粒径在(i+1)状态下的土壤颗粒含量P_j⁽ⁱ⁾及更新至(i+1)状态下的土壤孔隙率n⁽ⁱ⁺¹⁾：

式中，P_j⁽ⁱ⁾为第j级粒径在(i)状态下的土壤颗粒含量；nⁱ为在(i)状态下的土壤孔隙率；S为渗透侵蚀程度，即被冲走侵蚀的小于某粒径的土壤颗粒质量，其所占原土壤颗粒质量的百分比；P_x为细粒含量，即土壤颗粒流失质量占总体土壤质量百分比；

根据PSD曲线中的某两个粒径级区间内的平均粒径D_j计算土壤颗粒的等效直径D_h，根据等效直径D_h计算土壤颗粒的最小等效孔隙直径d₀；

根据各级粒径的土壤颗粒含量P计算各级颗粒侵蚀的临界水力梯度i_cr；

根据土壤孔隙率n及PSD曲线簇中的土壤颗粒的几何参数值，计算渗透系数k_h；

根据渗透系数k_h计算渗流流速v及总渗流量Q。

2.如权利要求1所述的一种砾石土侵蚀阶段的水力参数及涌水量的确定方法，其特征在于，根据等效直径D_h计算土壤颗粒的最小等效孔隙直径d₀的方法为：

根据下式(2)计算土壤颗粒的等效直径D_h

根据下式(3)计算最小等效孔隙直径d₀

式中，D_j是土壤颗粒粒径级在j₁到第j₂之间的平均粒径，ΔS_j为第j级粒径的重量与样本总重量之比，n是孔隙度，α是颗粒的形状系数。

3.如权利要求2所述的一种砾石土侵蚀阶段的水力参数及涌水量的确定方法，其特征在于，计算各级颗粒侵蚀的临界水力梯度i_cr的方法为：

根据下式(4)计算第j级颗粒侵蚀临界水力梯度(i_cr)_j

式中：(i_cr)_j为第j级颗粒侵蚀临界水力梯度，s为相对密度，即总体土壤密度相对于水体的密度；d₈₅为土壤颗粒流失质量占总体土壤质量的85％的颗粒的粒径；dj是从土壤中被侵蚀的第j级的颗粒粒径，pj第j级粒径的颗粒含量。

4.如权利要求1所述的一种砾石土侵蚀阶段的水力参数及涌水量的确定方法，其特征在于，计算渗透系数k_h的方法为：

根据下式(5)计算渗透系数k_h

式中，e为孔隙比，由土壤孔隙率计算得到e＝n/(1-n)，μ_w是水的动力粘滞系数，γ_w是水的重度，d₁₀为土壤颗粒流失质量占总体土壤质量的10％的颗粒的粒径，C_u为不均匀系数。

5.如权利要求3所述的一种砾石土侵蚀阶段的水力参数及涌水量的确定方法，其特征在于，根据渗透系数kh计算渗流流速v及总渗流量Q的计算方法为：

根据下式(6)计算土壤颗粒的渗流流速v

v＝K_h·i_cr (6)

根据下式(7)计算土壤颗粒的总渗流量Q

Q＝n·v·A (7)

式中：v是渗流流速，i_cr是临界水力梯度，Q是总渗流量，A是面积，n为土壤孔隙率。