技术领域
[0001] 本发明涉及岩土工程与防灾减灾工程技术领域，具体涉及一种砂卵石土渗透系数修正方法。
相关背景技术
[0002] 目前，土力学理论仍然不能准确描述介于均质土和碎裂岩体之间的砂卵石土的性质。砂卵石土是一种典型的非均质多孔材料，其渗透系数受高渗透性粗粒卵石和低渗透性土壤的渗透系数限制。虽然土壤渗透系数可以通过实验室实验的基础达西定律来计算，但确定砂卵石土的渗透系数具有挑战性，主要是因为取样困难，难以进行常规室内试验和数值模拟，大型渗漏实验的高成本和低精度，以及由于实验中的数值大量分散，对规律性的理解存在不确定性。
[0003] 近年来，虽然，有研究人员通过粗粒骨料含量、黏土含量和压实程度对渗透系数和渗流稳定性影响进行研究，并根据试验数据推导出能够计算渗透系数的经验公式，用于作为渗透系数评价和渗透稳定性评价的参考。但是，该经验公式是依据土壤和岩体为研究对象得到的，并非砂卵石土。因此，若单依靠该经验公式得到砂卵石土渗透系数，则其精度还有待提高。
[0004] 综上所述，急需一种砂卵石土渗透系数修正方法以解决现有技术中依靠经验公式获得砂卵石土渗透系数精度低的问题。
具体实施方式
[0047] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048] 实施例1：
[0049] 参见图1，一种砂卵石土渗透系数修正方法，所述砂卵石土被假定由细粒砂土和粗粒卵石混合构成的，具体的，所述砂卵石土选取某工程人工路基填筑材料，且采用与路基填筑材料样品相同的试验条件，即压实度为95％，初始含水率为10％；所述砂卵石土渗透系数修正方法包括：
[0050] 步骤S1、在沿渗流方向上，构建砂卵石土的并联渗流模型，并计算并联渗流模型的渗透系数KF‑C(P)；
[0051] 在垂直渗流方向上，构建砂卵石土的串联渗流模型，并计算串联渗流模型的渗透系数KF‑C(S)；
[0052] 步骤S2、假设串联渗流模型和并联渗流模型中的粗粒卵石的质量含量相同(均为30％)、细粒砂土的质量含量相同，构建砂卵石土的串并联混合渗流模型，并计算串并联混合渗流模型的渗透系数KF‑C(SP)；
[0053] 步骤S3、对串并联混合渗流模型的渗透系数KF‑C(SP)进行修正，获得修正后的砂卵石土的渗透系数KF‑CM(SP)。
[0054] 在步骤S1中，将砂卵石土中的所有细粒砂土组合成砂土层，并压实至压实度为95％，将砂卵石土中的所有粗粒卵石组合成卵石层，并压实至压实度为95％；
[0055] 在砂卵石土的并联渗流模型中，所述砂土层和所述卵石层沿渗流方向并列设置；
[0056] 在砂卵石土的串联渗流模型中，所述砂土层和所述卵石层垂直渗流方向并列设置。
[0057] 所述并联渗流模型的渗透系数KF‑C(P)采用式(1)表达：
[0058] KF‑C(P)＝CFKF+CCKC (1)；
[0059] 所述串联渗流模型的渗透系数KF‑C(S)采用式(2)表达：
[0060]
[0061] 在式(1)‑(2)中，KF表示细粒砂土的渗透系数；KC表示粗粒卵石的渗透系数；CF表示细粒砂土在砂卵石土中所占的体积分数；CC表示粗粒卵石在砂卵石土中所占的体积分数。
[0062] 在步骤S2中，所述串并联混合渗流模型为所述串联渗流模型与所述并联渗流模型组合的渗流模型；
[0063] 所述串并联混合渗流模型的渗透系数KF‑C(SP)采用式(3)表达：
[0064] KF‑C(SP)＝αKF‑C(S)+(1‑α)KF‑C(P) (3)；
[0065] 其中，α为砂卵石土渗流结构因子，表示所述串联渗流模型在所述串并联混合渗流模型中所占的结构比例，具体取值为0.5。
[0066] 在步骤S3中，采用Kozeny‑Carman模型对串并联混合渗流模型的渗透系数KF‑C(SP)进行修正，在Kozeny‑Carman模型中的渗透系数KF‑C采用式(4)表达：
[0067]
[0068] 在式(4)中，n表示Kozeny‑Carman模型的孔隙率；i表示Kozeny‑Carman模型的第i级级配；di表示i级平均粒径；f(di)表示di颗粒级配的函数；
[0069] 在串并联混合渗流模型中的孔隙率nF‑C，将nF‑C代入式(4)得到式(5)：
[0070]
[0071] 将串并联混合渗流模型中的所有砂土层和卵石层相互混匀得到修正渗流模型，并测出修正渗流模型的孔隙率nF‑CM，将nF‑CM代入式(4)得到式(6)：
[0072]
[0073] 将式(6)与式(5)相比，得到式(7)：
[0074]
[0075] 采用式(7)获得修正后的砂卵石土的渗透系数KF‑CM(SP)。
[0076] 在串并联混合渗流模型中的孔隙率nF‑C采用式(8)表达：
[0077] nF‑C＝nFCF+nCCC (8)；
[0078] 在式(8)中，nF表示细粒砂土的孔隙率；nC表示粗粒卵石的孔隙率。
[0079] 实施例2：
[0080] 与实施例1不同的是，在步骤S2中，假设串联渗流模型和并联渗流模型中的粗粒卵石的质量含量均为40％.
[0081] 实施例3：
[0082] 与实施例1不同的是，在步骤S2中，假设串联渗流模型和并联渗流模型中的粗粒卵石的质量含量均为50％.
[0083] 实施例4：
[0084] 与实施例1不同的是，在步骤S2中，假设串联渗流模型和并联渗流模型中的粗粒卵石的质量含量均为60％.
[0085] 实施例5：
[0086] 与实施例1不同的是，在步骤S2中，假设串联渗流模型和并联渗流模型中的粗粒卵石的质量含量均为70％.
[0087] 对比例1：
[0088] 与实施例1不同的是，仅采用串联渗流模型计算渗透系数KF‑C(S).[0089] 对比例2：
[0090] 与实施例2不同的是，仅采用串联渗流模型计算渗透系数KF‑C(S).[0091] 对比例3：
[0092] 与实施例3不同的是，仅采用串联渗流模型计算渗透系数KF‑C(S).[0093] 对比例4：
[0094] 与实施例4不同的是，仅采用串联渗流模型计算渗透系数KF‑C(S).[0095] 对比例5：
[0096] 与实施例5不同的是，仅采用串联渗流模型计算渗透系数KF‑C(S).[0097] 对比例6：
[0098] 与实施例1不同的是，仅采用并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(P).[0099] 对比例7：
[0100] 与实施例2不同的是，仅采用并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(P).[0101] 对比例8：
[0102] 与实施例3不同的是，仅采用并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(P).[0103] 对比例9：
[0104] 与实施例4不同的是，仅采用并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(P).[0105] 对比例10：
[0106] 与实施例5不同的是，仅采用并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(P).[0107] 对比例11：
[0108] 与实施例1不同的是，仅采用串并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(SP).[0109] 对比例12：
[0110] 与实施例2不同的是，仅采用串并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(SP).[0111] 对比例13：
[0112] 与实施例3不同的是，仅采用串并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(SP).[0113] 对比例14：
[0114] 与实施例4不同的是，仅采用串并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(SP).[0115] 对比例15：
[0116] 与实施例5不同的是，仅采用串并联渗流模型计算渗透系数KF‑C(SP).[0117] 对比例16：
[0118] 采用常规实验方法测量出实施例1中的砂卵石土的渗透系数。
[0119] 对比例17：
[0120] 采用常规实验方法测量出实施例2中的砂卵石土的渗透系数。
[0121] 对比例18：
[0122] 采用常规实验方法测量出实施例3中的砂卵石土的渗透系数。
[0123] 对比例19：
[0124] 采用常规实验方法测量出实施例4中的砂卵石土的渗透系数。
[0125] 对比例20：
[0126] 采用常规实验方法测量出实施例5中的砂卵石土的渗透系数。
[0127] 将实施例1‑5和对比例1‑20中得到的渗透系数经比较知：
[0128] 参见图4，随着砂卵石土中粗粒卵石的质量含量的增加，若仅采用并联渗流模型和串联渗流模型得到的渗透系数均与实验测量值的相对误差显著增大；
[0129] 随着砂卵石土中粗粒卵石的质量含量的增加，若仅采用串并联渗流模型得到的渗透系数与实验测量值的相对误差先增大后减小，但其相对误差始终大于修正后的渗透系数KF‑CM(SP)。
[0130] 本发明采用实施例1‑5得到的修正后的渗透系数KF‑CM(SP)与实验测量值的最大相对误差仅为9.8％，认为修正值与实测值吻合较好，具有一定的精度。这证明修正渗流模型考虑了细粒砂土和粗粒卵石混合引起的孔隙率变化，对减小渗透系数的计算误差能够起到有效作用。
[0131] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
