一種砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，主要用于堤壩基礎(chǔ)管涌侵蝕分析及管涌侵蝕對堤壩安全性影響分析中對土體滲透性變化的描述。
【背景技術(shù)】
[0002]管涌型土體的粗顆粒構(gòu)成土體骨架。而其細顆粒在滲透水流的作用下，當(dāng)水力條件超過顆粒移動的臨界條件時，細顆粒移動流失，土體的滲透性增大。堤壩基礎(chǔ)中的管涌土在滲透水流作用下發(fā)生侵蝕后滲透性的變化，影響堤壩基礎(chǔ)的滲流場和壩基土體侵蝕過程。因此，需要一個描述砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化的模型，這對于堤壩基礎(chǔ)管涌侵蝕分析及其對堤壩應(yīng)力變形與安全性的影響至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，描述土體滲透性變化。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:采用管涌型土體在泥沙侵蝕流失前后的特征粒徑和孔隙率的比值作為自變量來描述土體滲透性變化，模型為:
[0005]k/k0=[((i)' />0)3(d' p/dp)2]e
[0006]其中k為管涌動態(tài)發(fā)展過程中的滲透系數(shù)Λ為初始滲透系數(shù)，Φ ' A' ρ分別為管涌動態(tài)發(fā)展過程中土體的孔隙率、顆粒級配曲線上重量含量Ρ%所對應(yīng)的顆粒粒徑，Φ、dp分別為土體的初始孔隙率、初始顆粒級配曲線上重量含量ρ%所對應(yīng)的顆粒粒徑，β為孔隙特征放大指數(shù)。
【附圖說明】
[0007]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型中參數(shù)獲得方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0008]這種砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，該模型為:
[0009]k/k0=[((i)' />0)3(d' p/dp)2]e
[0010]其中k為管涌動態(tài)發(fā)展過程中的滲透系數(shù)，1?為初始滲透系數(shù)，Φ'、d' p分別為管涌動態(tài)發(fā)展過程中土體的孔隙率、顆粒級配曲線上重量含量P%所對應(yīng)的顆粒粒徑，Φ、dp分別為土體的初始孔隙率、初始顆粒級配曲線上重量含量p%所對應(yīng)的顆粒粒徑，β為孔隙特征放大指數(shù)。
[0011]另外，所述顆粒級配曲線在初顆粒級配曲線的基礎(chǔ)上，扣除已經(jīng)流失的泥沙顆粒含量計算得到，初始顆粒級配曲線根據(jù)相關(guān)規(guī)程對原始土料進行試驗來獲取。
[0012]另外，所述土體的初始孔隙率是通過測定原始土料的顆粒的比重和原始土料的干密度來獲得的；管涌過程中的孔隙率，等于初始孔隙率加上單位體積內(nèi)已經(jīng)流失的泥沙顆粒體積。
[0013]另外，采用ρ = 20，即dp為初始顆粒級配曲線上重量含量p%所對應(yīng)的顆粒粒徑，試驗表明，能較好描述土體滲透性變化。
[0014]另外，參數(shù)β，需要進行土體的管涌試驗測定。需要進行3組以上的管涌試驗。
[0015]首先，第一組試驗，測定給定滲流(如垂直向上)方向時，測定滲透系數(shù)、滲透坡降、時間關(guān)系。從較低的滲透坡降開始進行試驗，測定滲透系數(shù)與滲透坡降關(guān)系。提高滲透坡降，試樣發(fā)生管涌后，記錄滲流量與時間的關(guān)系，當(dāng)滲流量不再變化時，再提高滲透坡降，直到試樣滲透破壞，或不再有管涌發(fā)生為止。此時，停止試驗，對試樣進行顆粒級配分析試驗，獲得流失的顆粒數(shù)量和級配情況。這組試驗可以獲得初始滲透系數(shù)，獲得最大滲透系數(shù)與最大流失量。
[0016]其次，根據(jù)第一組試驗所得的最終滲透系數(shù)與初始滲透系數(shù)，選取至少2個中間值，作為中間的滲透系數(shù)。作為第二組、和第三組試驗中滲透系數(shù)達到這個值就停止試驗的參考標準。
[0017]再次，進行第而和第三組管涌試驗。參照第一組試驗進行，唯一的不同就是當(dāng)試樣滲透系數(shù)達到或接近上述參考標準時，停止試驗。對試樣進行顆粒級配分析。每組獲得滲透系數(shù)與流失量的關(guān)系的一個點。
[0018]三組試驗，共獲得流失量為O時的試驗點3個，取平均值算一個數(shù)據(jù)點，不同流失量的試驗數(shù)據(jù)點3個。利用這4個數(shù)據(jù)點，可以回歸參數(shù)β。
[0019]另外，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型中參數(shù)獲得方法，包括以下步驟:
[0020](I)進行原始土料的顆粒級配試驗，獲取顆粒級配曲線；
[0021](2)測定土體顆粒的比重，可以依據(jù)原始土料的干密度計算出初始孔隙率；
[0022](3)進行土體的管涌試驗，測定流失量與滲透系數(shù)的關(guān)系，從而回歸得到參數(shù)β。
[0023]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，其特征在于:該模型為: Vk0=W />0)3(d' p/dp)2]e 其中k為管涌動態(tài)發(fā)展過程中的滲透系數(shù)，1?為初始滲透系數(shù)，φ'、d' p分別為管涌動態(tài)發(fā)展過程中土體的孔隙率、顆粒級配曲線上重量含量P%所對應(yīng)的顆粒粒徑，Φ、\分別為土體的初始孔隙率、初始顆粒級配曲線上重量含量P%所對應(yīng)的顆粒粒徑，β為孔隙特征放大指數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，其特征在于:P = 20。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，其特征在于:所述顆粒級配曲線在初顆粒級配曲線的基礎(chǔ)上，扣除已經(jīng)流失的泥沙顆粒含量計算得到，初始顆粒級配曲線根據(jù)相關(guān)規(guī)程對原始土料進行試驗來獲取。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，其特征在于:所述土體的初始孔隙率是通過測定原始土料的顆粒的比重和原始土料的干密度來獲得的；管涌過程中的孔隙率，等于初始孔隙率加上單位體積內(nèi)已經(jīng)流失的泥沙顆粒體積。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，其特征在于:進行土體的管涌試驗，測定流失量與滲透系數(shù)的關(guān)系，從而回歸得到參數(shù)β。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種砂礫石土管涌侵蝕過程中滲透系數(shù)動態(tài)變化模型，用于描述土體滲透性變化。該模型為：k/k0＝[(φ′/φ0)3(d′p/dp)2]β，其中k為管涌動態(tài)發(fā)展過程中的滲透系數(shù)，k0為初始滲透系數(shù)，φ′、d′p分別為管涌動態(tài)發(fā)展過程中土體的孔隙率、顆粒級配曲線上重量含量p％所對應(yīng)的顆粒粒徑，φ、dp分別為土體的初始孔隙率、初始顆粒級配曲線上重量含量p％所對應(yīng)的顆粒粒徑，β為孔隙特征放大指數(shù)。
【IPC分類】G01N15/08
【公開號】CN104931401
【申請?zhí)枴緾N201510295358
【發(fā)明人】吳夢喜, 姜媛媛, 葉發(fā)明, 余挺, 張琦, 余學(xué)明, 王曉東
【申請人】中國科學(xué)院力學(xué)研究所
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月2日