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专利号: 2019106386450
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: 计算;推算;计数
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:

1.一种预测土水特征曲线滞回行为的方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:

1)按照《土工试验方法标准》将所取土制成初始干密度ρ0的饱和样;

2)将已知初始干密度ρ0的饱和样进行脱湿实验以及吸湿实验,记录土样脱湿过程以及吸湿过程中横截面积变化,记录土样纵向高度的变化,同时测出对应的质量含水率,作出ρd-w曲线;所述ρd-w曲线的横坐标是质量含水率w,纵坐标是干密度ρd;

3)通过已有数据做出初始干密度ρ0的脱湿土水特征曲线,再结合压缩变形影响下SWCC的简化表征方法可以得出任意干密度的脱湿曲线;所述任意干密度均大于初始干密度;

4)由步骤2)的ρd-w曲线,根据吸湿至每一级含水率所对应的土体干密度在任意干密度的脱湿曲线中预测考虑孔隙结构变化的吸湿曲线;

5)考虑接触角滞回效应,在已知土体前进角和后退角数据的条件下,引入Young-Laplace理论,找到土体脱吸湿过程中基质吸力的比例关系,将吸湿曲线进行平移得到考虑滞回效应的初始干密度ρ0的干湿循环土-水特征曲线。

2.根据权利要求1所述的预测土水特征曲线滞回行为的方法,其特征在于:所述步骤1)的具体实现方式是: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,测量土样的质量含水率w0;利用液压千斤顶制备初始干密度ρ0的环刀试样,制样结束后,将土样取出环刀,抽真空饱和,清水浸没并算出土样饱和含水率记为ws。

3.根据权利要求2所述的预测土水特征曲线滞回行为的方法,其特征在于:所述步骤2)的具体实现方式是:将步骤1)制好的饱和样放入恒温干燥箱中进行脱湿,相隔一定的时间对饱和样进行土样横截面积测量、土样高度测量以及土样含水率测量,直至土样质量不再变化,此时土样脱湿完成;随即进行加湿,根据测得的饱和含水率ws,在0~ws之间取若干含水率,0~ws之间包括w1、w2、w3、…、wi、…、ws,所述wi是第i级含水率;计算加湿至每一级含水率所需多少水,将脱湿后的试样进行均匀加湿,加湿到指定的质量后停止加水,用保鲜膜沿试样四周密封,将密封好的试样放入密封袋进行二次密封,将密封好的试样放入恒温恒湿箱让水分均匀迁移,三天后拿出并进行土样横截面积测量、土样高度测量以及土样含水率测量;根据测得的数据作出ρd-w曲线。

4.根据权利要求3所述的预测土水特征曲线滞回行为的方法,其特征在于:所述步骤3)的具体实现方式是:通过已有数据做出初始干密度ρ0的脱湿土水特征曲线,结合压缩变形影响下SWCC的简化表征方法,在已知土体任意干密度ρd和土粒相对密实度ds的条件下,通过式(1)可以求出孔隙比e,所述任意干密度ρd大于初始干密度ρ0;将式(1)算出的e带入式(2)算出饱和质量含水率w;土水特征曲线中,纵坐标是质量含水率,将算出的饱和质量含水率w在纵轴找到对应的数值并做一条平行于横轴的直线交初始干密度ρ0的脱湿土水特征曲线,即得到一条任意干密度的土水特征曲线,以此类推做出多条任意干密度的土水特征曲线;

公式(1)中:

e为孔隙比;

ds为土体相对密实度;

ρw为纯水在4℃时的密度;

ρd为土体干密度;

公式(2)中:

w为饱和质量含水率;

e为孔隙比;

ds为土体相对密实度。

5.根据权利要求4所述的预测土水特征曲线滞回行为的方法,其特征在于:所述步骤4)的具体实现方式是:根据步骤2)做出的ρd-w曲线,在吸湿过程中,随着含水率的增大,干密度随之减小,在这一变化过程中,任一含水率对应的基质吸力在初始干密度ρ0的脱湿曲线中得到,同时任一含水率对应的土体干密度通过步骤3)作出对应的曲线,将二者相交的交点连接起来即可预测考虑孔隙结构变化的吸湿曲线。

6.根据权利要求5所述的预测土水特征曲线滞回行为的方法,其特征在于:所述步骤5)的具体实现方式是:已知土体脱湿过程的后退角为α脱,吸湿过程的前进角为α吸,并且α脱<α吸;根据Young-Laplace理论,基质吸力ψ与有效孔径r之间的关系表示为:公式(3)中:

Ts为表面张力;

α为接触角;

温度一定时2Ts cosα为常数;

由式(3)得到脱吸湿过程中接触角余弦值的比例关系k,从而得到脱吸湿过程中基质吸力的比例关系;将上述步骤4)得到的吸湿曲线按照比例关系k进行平移,从而作出最终的初始干密度ρ0的干湿循环土-水特征曲线。