一種砂礫石土管涌侵蝕過(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)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(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)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(duì)堤壩安全性影響分析中對(duì)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(xì)顆粒在滲透水流的作用下，當(dāng)水力條件超過(guò)顆粒移動(dòng)的臨界條件時(shí)，細(xì)顆粒移動(dòng)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(chǎng)和壩基土體侵蝕過(guò)程。因此，需要一個(gè)描述砂礫石土管涌侵蝕過(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)態(tài)變化的模型，這對(duì)于堤壩基礎(chǔ)管涌侵蝕分析及其對(duì)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(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)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(lái)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(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)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(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程中土體的孔隙率、顆粒級(jí)配曲線上重量含量Ρ%所對(duì)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(jí)配曲線上重量含量ρ%所對(duì)應(yīng)的顆粒粒徑，β為孔隙特征放大指數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的砂礫石土管涌侵蝕過(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)態(tài)變化模型中參數(shù)獲得方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]這種砂礫石土管涌侵蝕過(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)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(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)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(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程中土體的孔隙率、顆粒級(jí)配曲線上重量含量P%所對(duì)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(jí)配曲線上重量含量p%所對(duì)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(jí)配曲線在初顆粒級(jí)配曲線的基礎(chǔ)上，扣除已經(jīng)流失的泥沙顆粒含量計(jì)算得到，初始顆粒級(jí)配曲線根據(jù)相關(guān)規(guī)程對(duì)原始土料進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)獲取。
[0012]另外，所述土體的初始孔隙率是通過(guò)測(cè)定原始土料的顆粒的比重和原始土料的干密度來(lái)獲得的；管涌過(guò)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(jí)配曲線上重量含量p%所對(duì)應(yīng)的顆粒粒徑，試驗(yàn)表明，能較好描述土體滲透性變化。
[0014]另外，參數(shù)β，需要進(jìn)行土體的管涌試驗(yàn)測(cè)定。需要進(jìn)行3組以上的管涌試驗(yàn)。
[0015]首先，第一組試驗(yàn)，測(cè)定給定滲流(如垂直向上)方向時(shí)，測(cè)定滲透系數(shù)、滲透坡降、時(shí)間關(guān)系。從較低的滲透坡降開始進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)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(shí)間的關(guān)系，當(dāng)滲流量不再變化時(shí)，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(shí)，停止試驗(yàn)，對(duì)試樣進(jìn)行顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)，獲得流失的顆粒數(shù)量和級(jí)配情況。這組試驗(yàn)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(yàn)所得的最終滲透系數(shù)與初始滲透系數(shù)，選取至少2個(gè)中間值，作為中間的滲透系數(shù)。作為第二組、和第三組試驗(yàn)中滲透系數(shù)達(dá)到這個(gè)值就停止試驗(yàn)的參考標(biāo)準(zhǔn)。
[0017]再次，進(jìn)行第而和第三組管涌試驗(yàn)。參照第一組試驗(yàn)進(jìn)行，唯一的不同就是當(dāng)試樣滲透系數(shù)達(dá)到或接近上述參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，停止試驗(yàn)。對(duì)試樣進(jìn)行顆粒級(jí)配分析。每組獲得滲透系數(shù)與流失量的關(guān)系的一個(gè)點(diǎn)。
[0018]三組試驗(yàn)，共獲得流失量為O時(shí)的試驗(yàn)點(diǎn)3個(gè)，取平均值算一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，不同流失量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)3個(gè)。利用這4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，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(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)態(tài)變化模型中參數(shù)獲得方法，包括以下步驟:
[0020](I)進(jìn)行原始土料的顆粒級(jí)配試驗(yàn)，獲取顆粒級(jí)配曲線；
[0021](2)測(cè)定土體顆粒的比重，可以依據(jù)原始土料的干密度計(jì)算出初始孔隙率；
[0022](3)進(jìn)行土體的管涌試驗(yàn)，測(cè)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(shí)施例，并非對(duì)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(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)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(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種砂礫石土管涌侵蝕過(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)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(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)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(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程中土體的孔隙率、顆粒級(jí)配曲線上重量含量P%所對(duì)應(yīng)的顆粒粒徑，Φ、\分別為土體的初始孔隙率、初始顆粒級(jí)配曲線上重量含量P%所對(duì)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(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)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(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)態(tài)變化模型，其特征在于:所述顆粒級(jí)配曲線在初顆粒級(jí)配曲線的基礎(chǔ)上，扣除已經(jīng)流失的泥沙顆粒含量計(jì)算得到，初始顆粒級(jí)配曲線根據(jù)相關(guān)規(guī)程對(duì)原始土料進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)獲取。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的砂礫石土管涌侵蝕過(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)態(tài)變化模型，其特征在于:所述土體的初始孔隙率是通過(guò)測(cè)定原始土料的顆粒的比重和原始土料的干密度來(lái)獲得的；管涌過(guò)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(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)態(tài)變化模型，其特征在于:進(jìn)行土體的管涌試驗(yàn)，測(cè)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(guò)程中滲透系數(shù)動(dòng)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(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)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(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程中土體的孔隙率、顆粒級(jí)配曲線上重量含量p％所對(duì)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(jí)配曲線上重量含量p％所對(duì)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(hào)】CN104931401
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510295358
【發(fā)明人】吳夢(mèng)喜, 姜媛媛, 葉發(fā)明, 余挺, 張琦, 余學(xué)明, 王曉東
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月2日