细粒土渗透系数计算方法及模型构建方法与流程

本发明涉及土力学领域，具体是一种细粒土渗透系数计算方法及模型构建方法。

背景技术：

1、渗流是液体在多孔介质中的运动现象，根据达西渗透定律，渗流直接和渗透系数相关。饱和渗透系数是指饱和多孔介质单位水力梯度下的渗流速度，它的大小是直接衡量多孔介质透水性强弱的一个重要指标。

2、目前工程中大多数土体的饱和渗透系数多采用室内试验获取，通常是根据达西渗流定律，利用常水头试验或变水头试验进行。这就意味着需要高质量土样和较长的时间耗费，实际工程中所取土试样的质量级别往往较低，说明渗透试验可能难具代表性，同时细粒土的平均试验周期达到了30～35天，耗时长，效率低。

3、考虑到试验法的难度以及影响渗透系数因素的多样性和复杂性，可采用经验或半经验公式计算土体饱和渗透系数，但目前常用的柯森-卡门公式往往对粗粒土具有较好的适用性，但饱和细粒土中的水包括自由水和结合水，结合水又分为弱结合水和强结合水，结合水所占据的孔隙对渗流无效，因此由于细粒土中存在大量的无效孔隙，导致此公式不适用于细粒土。

4、柯森-卡门公式如下所示：

5、

6、式中，k是土的饱和渗透系数(m/s)；cs是孔隙形状常系数，约为0.2；g是重力加速度(m/s2)；μw为水的动力粘度(n·s/m2)；ρw是水的密度(kg/m3)，gs是土颗粒的比重，ss是比表面积(m2/kg)；e是总孔隙比。

技术实现思路

1、为了提高细粒土的渗透系数计算效率及精度，本申请提供了一种细粒土渗透系数计算方法及模型构建方法。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、细粒土渗透系数计算模型构建方法，包括：

4、步骤1、根据细粒土的水合历程构建有效孔隙比和液限的关系式，将有效孔隙比带入柯森-卡门公式得到推导计算模型：

5、

6、式中，e为总孔隙比，l＝(0.18·lgll-0.09)·gs，ll为细粒土液限，gs为土颗粒的比重；

7、步骤2、获取细粒土，采用土工试验获取土体的渗透系数、液限及孔隙比，基于试验数据非线性拟合计算系数c；

8、步骤3、基于土颗粒微观计算模型，通过细粒土塑性状态转变、饱和状态下细粒土抗剪强度建立细粒土比表面积与液限的拟合关系式；

9、步骤4、建立系数c与细粒土比表面积的对应关系式；

10、步骤5、将系数c与细粒土比表面积的对应关系式带入推导计算模型获得细粒土渗透系数计算模型。

11、进一步地，所述步骤1中，有效孔隙比和总孔隙比的关系式可表示为：ee＝e-(0.18·lgll-0.09)·gs，ee为有效孔隙比。

12、进一步地，所述步骤3中，细粒土比表面积与液限的拟合关系式为：式中，ss为细粒土比表面积。

13、进一步地，所述步骤4中，系数c与细粒土比表面积的对应关系式为：c＝105.6ss-2.9。

14、进一步地，所述步骤5中，细粒土渗透系数计算模型可表示为：

15、细粒土渗透系数计算方法，包括：

16、步骤1、确定土样的土体类别为细粒土；

17、步骤2、通过土工试验获取土体的液限ll、孔隙比e及土颗粒的比重gs；

18、步骤3、将步骤2获取的数据带入细粒土渗透系数计算模型以获取土体渗透系数。

19、本发明相比于现有技术具有的有益效果是：本发明获得了一种能利用土体简单、易测且相对常规的参数来快速计算细粒土饱和渗透系数的方法，有效的提高了计算精度，在一定程度上节约了人力成本及经济成本，开拓了渗透系数获取的新思路，可在边坡稳定性分析和土坝防渗设计等过程中发挥积极的作用。

技术特征：

1.细粒土渗透系数计算模型构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的细粒土渗透系数计算模型构建方法，其特征在于，所述步骤1中，有效孔隙比和总孔隙比的关系式可表示为：ee＝e-(0.18·lgll-0.09)·gs，ee为有效孔隙比。

3.根据权利要求1或2所述的细粒土渗透系数计算模型构建方法，其特征在于，所述步骤3中，细粒土比表面积与液限的拟合关系式为：式中，ss为细粒土比表面积。

4.根据权利要求3所述的细粒土渗透系数计算模型构建方法，其特征在于，所述步骤4中，系数c与细粒土比表面积的对应关系式为：c＝105.6ss-2.9。

5.根据权利要求4所述的细粒土渗透系数计算模型构建方法，其特征在于，所述步骤5中，细粒土渗透系数计算模型可表示为：

6.细粒土渗透系数计算方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及土力学领域，为了提高细粒土的渗透系数计算效率及精度，提供了细粒土渗透系数计算方法及模型构建方法，基于液限建立了土体总孔隙比与有效孔隙比的关系式，而后对柯森‑卡门公式进行改进。采用上述方式能利用土体简单、易测且相对常规的参数来快速计算细粒土饱和渗透系数，有效的提高了计算精度，在一定程度上节约了人力成本及经济成本。

技术研发人员：郑宇豪,肖华波,梅稚平,杨静熙,李青春,唐忠敏,刘阜羊
受保护的技术使用者：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15