生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法

本发明涉及生物聚合物改良土体土水特征曲线的预测方法，应用于岩土工程中生物聚合物改良土体的土工试验及模型预测。

背景技术：

1、黄河中下游地区气候常年干燥，水土流失现象严重，导致植被大量减少，此类自然灾害多方面限制了该地区的发展。传统的河岸护坡工程多采用非环境友好型材料，随着护坡工程数量的增加，环境破坏更加严重。为响应黄河流域环境保护和高质量发展的国家战略，选择合适的方式防治水土流失、保护植被生长、加强生态治理尤为关键。生物聚合物是由植物和生物在环境中自然生产的天然聚合物，具有亲水性，黏结性，环境友好性，已广泛应用于食品、医疗和建筑领域。

2、随着生物聚合物在岩土工程中的应用日益广泛，需要更加重视不同生物聚合物改良土体的持水特性研究，从而提高植被防护的优越效果，减少水土的流失。而在研究不同生物聚合物改良土体的持水特性研究中，生物聚合物改良土体的土水特征曲线是重中之重。

3、目前对于改良土体持水特性的研究多集中在低吸力或高吸力范围内，研究同一土体在广吸力范围内持水特性变化过程的较少。改良土体饱和状态转变为非饱和状态直至完全干化的过程中，会导致生物聚合物改良土体的持水特性发生变化，这一变化可以通过土水特征曲线的趋势来体现。而关于土体持水特性理论方面的成果有很多，比如vangenuchten和fredlund-xing各自提出了经典的vg模型和fredlund-xing模型用来拟合土水特征曲线。如果用vg模型和fredlund-xing模型来预测改良土体的土水特征曲线，需要测量土性参数较多，并且这些模型能否计算改良土的土性参数还需进一步研究。此外，改良土体的生物聚合物并不是越多越好。因此以生物聚合物的配比mb/ms为基本变量，建立考虑生物聚合物配比mb/ms改良土体土水特征曲线预测模型是必要的。

4、生物聚合物的种类和配比是影响改良土体持水特性的重要因素，生物聚合物在土体工程持水特性改良方面存在最优值。结合当前研究现状，本发明基于生物聚合物的配比mb/ms，采用压力板仪、wp4c仪测试了生物聚合物改良土体在广吸力范围内的持水特性，提出了含有生物聚合配比mb/ms这一参数的预测模型，为仅考虑生物聚合物配比mb/ms快速准确获得改良土体土水特征曲线提供了科学依据。

技术实现思路

1、针对现有土水特征曲线预测方法的不足，本发明提供一种关于不同生物聚合物配比mb/ms快速准确获得生物聚合物改良土土水特征曲线的预测方法。利用压力板和wp4c测得广吸力下生物聚合物改良土体的土水特征曲线。根据测量点得到生物聚合物配比mb/ms与土性参数a、sre、m和n的关系，从而得出对生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测模型。仅通过生物聚合物配比mb/ms就能预测出生物聚合物改良土体的土水特征曲线，这种预测方法操作方便，预测准确。

2、本发明通过以下技术方案实现

3、一种生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，包括以下步骤：

4、a.利用压力板和水势仪得到生物聚合物改良土体广吸力范围内的测量点；

5、b.通过测量点得出生物聚合物改良土体的土水特征曲线；

6、c.通过对生物聚合物改良土体土水特征曲线进行拟合参数分析，得出fredlund-xing模型拟合改良土体土水特征曲线，利用模型计算出土性参数a、sre、m和n的值，找出土性参数a、sre、m和n与生物聚合物配比mb/ms的关系，其中a为与进气值相关的土性参数、sre为残余吸力、m为与残余含水率相关的一个土性参数、n为与土水特征曲线拐点出斜率相关的一个土性参数、mb/ms为生物聚合物配比；

7、d.得出以生物聚合物配比mb/ms预测不同生物聚合物改良土体的土水特征曲线的模型。

8、上述生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，所述步骤a中，分别利用压力板和wp4c量测土体在低吸力和高吸力下的土水特征曲线，使得土体的土水特征曲线在广吸力范围内是连续的。

9、上述生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，所述步骤b中，通过测量不同配比生物聚合物改良土体的测量点，得到广吸力下不同生物聚合物改良土体的土水特征曲线。

10、上述生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，所述步骤c中，通过广吸力下不同生物聚合物改良土体的土水特征曲线，找到生物聚合物配比mb/ms与土性参数a、sre、m和n的关系，是以生物聚合物的配比mb/ms为变量，通过mb/ms值预测土体土性参数a、sre、m和n的值。

11、上述生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，土性参数a随生物聚合物的配比mb/ms的增大而增大，与生物聚合物改良土体的孔隙比有关，生物聚合物改变了土体的孔隙比，进而使得土样的进气值发生改变，由于a是与进气值相关的土性参数，因此土性参数a随生物聚合物掺量的提高而提高；土性参数sre也随生物聚合物的配比mb/ms的增大而增大，m值和n值与生物聚合物配比没有明显关系。

12、上述生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，所述步骤d中，根据生物聚合物配比mb/ms与土性参数a、sre、m和n的相关关系，得出以生物聚合物配比mb/ms为变量的生物聚合物改良土体的土水特征曲线预测模型，这种方法只需要知道生物聚合物配比mb/ms就可以快速准确的获取生物聚合物改良土体的土水特征曲线。

13、相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

14、首先，本发明利于压力板和wp4c测得广吸力条件下改良土体的土水特征曲线，解决了以往改良土体土水特征曲线不连续的问题，可以更好的得到改良土体的持水特性。本发明考虑了生物聚合物不同配比mb/ms，替换了生物聚合物改良土体土水特征曲线的土性参数a、sre、m、n，得到了以生物聚合物配比mb/ms为变量的改良土体土水特征曲线预测模型，该预测方法只需考虑生物聚合物配比，就能得到生物聚合物改良土体的土水特征曲线，操作简单、预测准确。同时，该模型不仅适用于改良砂土，也适用于改良黏土、改良膨胀土等非饱和生物聚合物改良土体，对于不同的生物聚合物也均适用。

技术特征：

1.一种生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，其特征在于：所述步骤a中，分别利用压力板和wp4c量测土体在低吸力和高吸力下的土水特征曲线，使得土体的土水特征曲线在广吸力范围内是连续的。

3.根据权利要求2所述的生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，其特征在于：所述步骤b中，通过测量不同配比生物聚合物改良土体的测量点，得到广吸力下不同生物聚合物改良土体的土水特征曲线。

4.根据权利要求3所述的生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，其特征在于：所述步骤c中，通过广吸力下不同生物聚合物改良土体的土水特征曲线，找到生物聚合物配比mb/ms与土性参数a、sre、m和n的关系，是以生物聚合物的配比mb/ms为变量，通过mb/ms值预测土体土性参数a、sre、m和n的值。

5.根据权利要求4所述的生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，其特征在于：土性参数a随生物聚合物的配比mb/ms的增大而增大，与生物聚合物改良土体的孔隙比有关，生物聚合物改变了土体的孔隙比，进而使得土样的进气值发生改变，由于a是与进气值相关的土性参数，因此土性参数a随生物聚合物掺量的提高而提高；土性参数sre也随生物聚合物的配比mb/ms的增大而增大，m值和n值与生物聚合物配比没有明显关系。

6.根据权利要求4所述的生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法，其特征在于：所述步骤d中，根据生物聚合物配比mb/ms与土性参数a、sre、m和n的相关关系，得出以生物聚合物配比mb/ms为变量的生物聚合物改良土体的土水特征曲线预测模型，这种方法只需要知道生物聚合物配比mb/ms就可以快速准确的获取生物聚合物改良土体的土水特征曲线。具有便捷性、准确性等优点。同时此方法对不同生物聚合物，如黄原胶、结冷胶、瓜尔胶等都具有适用性，也对生物聚合物改良的不同土体，如砂土、粉土、黏土等都具有适用性。

技术总结
本发明公开一种生物聚合物改良砂土或土体土水特征曲线的预测方法。兼具便捷性，广泛性，准确性等诸多优点。包括以下步骤：a、利用压力板和WP4C得到测量点。b、通过测量点拟合出广吸力范围下生物聚合物改良土体的土水特征曲线。c、通过试验数据计算出土性参数a、Sre、m和n的值，找出土性参数与生物聚合物配比mb/ms的关系。d、基于根据土性参数与生物聚合物配比mb/ms的关系，将土性参数a和Sre替换为生物聚合物配比mb/ms，得到以生物聚合物配比mb/ms为变量的生物聚合物改良土体土水特征曲线预测模型。本发明仅需要考虑生物聚合物配比mb/ms，就可以快速准确的获得生物聚合物改良砂土或土体的土水特征曲线。

技术研发人员：张俊然,贺志远,姜彤,李洪军,刘佳昊,李妍,贾艳昌,潘旭威,王少凯,赵金玓
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16