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专利号: 2018110529289
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于土中水分蒸发曲线预测土-水特征曲线VG模型的方法,其特征在于:包括如下步骤:

1)利用室内干燥蒸发试验获取土体在N个不同且已知初始干密度下蒸发质量含水率w0随蒸发时间t变化的N条蒸发曲线;

2)在N个已知干密度下根据实验数据获取N条土-水特征曲线,N个不同已知干密度与步骤1)中的N个不同已知干密度一一对应且相等;

3)基于经典土-水特征曲线模型的Van Genuchten模型对步骤1)中的蒸发曲线和步骤

2)中的土-水特征曲线分别进行拟合得到N组拟合参数aec、mec、nec、aswcc、mswcc、nswcc;

经典土-水特征曲线模型的Van Genuchten模型为

公式(1)中:w为质量含水率,wr为残余质量含水率,ws为饱和质量含水率,ψ为基质吸力,a、m与n均为拟合参数,a表示与进气值有关的参数,n表示基质吸力大于进气值后与脱水速率有关的参数,m是与残余水量有关的参数,m=1-1/n;

拟合的具体过程如下:

3a)将在同一个已知干密度下得到的蒸发时间t、蒸发质量含水率w0、测量基质吸力ψ0和测量质量含水率ww0代入VG模型公式(1)中;w0为VG模型的w、t0为VG模型的ψ,用matlab软件计算出蒸发曲线,得出蒸发曲线模型参数aec、mec、nec;ww0为VG模型的w、ψ0为VG模型的ψ,用matlab软件计算出土水特征曲线,得出土水特征曲线模型参数aswcc、mswcc、nswcc;

3b)重复步骤3a),得出N个不同已知干密度下的N组拟合参数aec、mec、nec、aswcc、mswcc、nswcc;

4)建立土-水特征曲线参数的预测模型

根据步骤3)中N组拟合参数aec、aswcc,采用origin软件建立aswcc对应aec之间的关系;同理,根据步骤3)中N组拟合参数mec、mswcc,采用origin软件建立mswcc对应mec之间的关系,根据步骤3)中N组拟合参数nec、nswcc,采用origin软件建立nswcc对应nec之间的关系,从而建立土-水特征曲线参数的预测模型,即aswcc对应aec之间的关系,

mswcc对应mec之间的关系,

nswcc对应nec之间的关系。

2.根据权利要求1所述基于土中水分蒸发曲线预测土-水特征曲线VG模型的方法,其特征在于:所述步骤1)中,具体过程如下:首先,将所取的土样进行晾晒后碾碎、过筛,喷水润湿搅拌后,静置待水分迁移均匀;制备不同初始干密度的N份试样,一份试样对应一个已知初始干密度;N份试样均在相同条件下抽真空至饱和,N份饱和试样制备完成后,将N份饱和试样均置于相同的封闭环境内;

N份饱和试样在相同的封闭环境内采用相同的干燥温度和湿度进行蒸发试验,同时监测并记录封闭环境内的温度、湿度变化,试验直至所有试样土体表面开裂并且24h后土样的质量不再发生变化时结束试验,其中,蒸发试验的干燥温度为22~25℃、湿度为3~4%;记录每一份饱和试样的蒸发曲线实测数据,每一份饱和试样的实测数据均包括蒸发时间t和与蒸发时间t对应的蒸发质量含水率w0,并绘制蒸发时间t-蒸发质量含水率w0的蒸发曲线,N份饱和试样得到N条蒸发曲线。

3.根据权利要求1所述基于土中水分蒸发曲线预测土-水特征曲线VG模型的方法,其特征在于:所述步骤2)中,具体过程如下:

2a)在一个已知干密度下对土体进行压力板仪实验,实验中重复“施压-称量”,直至加压到预设压力实验结束,并记录实验数据,绘制土-水特征曲线;其中,实验数据包括测量基质吸力ψ0和测量质量含水率ww0,且土-水特征曲线中横轴为测量基质吸力ψ0、纵轴为测量质量含水率ww0;

2b)重复步骤2a),测得土体在N个不同已知干密度下的N条土-水特征曲线。