CN110687030A - 一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法，本发明明确了不同影响因素下铅直向下的干湿循环作用对红土水分迁移特性及其微结构特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；明确了不同影响因素下铅直向上的干湿循环作用对红土水分迁移特性及其微结构特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；明确了不同影响因素下水平向的干湿循环作用对红土的水分迁移特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；建立了求解干湿循环作用下红土中的水分迁移模型，并对比试验结果进行验证。
Description
技术领域
本发明涉及风道孔，具体为一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法。
背景技术
针对目前水分迁移研究中存在的问题，根据云南干湿分明、降雨集中、极端干旱的气候特点，结合云南红土型大坝在实际运行中出现的开裂、变形、渗透等问题，分析原因就在于长期的干湿循环作用引起水分的迁入、迁出劣化了红土的宏微观特性。
现在没有一种很好的分析方法，用来分析红土型大坝的干湿循环效应，这样不便于红土型大坝的土体的水分迁移特性，不利于分析红土型大坝的土体实际运行中出现的开裂、变形、渗透等问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法，有效的解决了现在没有一种很好的分析方法，用来分析红土型大坝的干湿循环效应，这样不便于红土型大坝的土体的水分迁移特性，不利于分析红土型大坝的土体实际运行中出现的开裂、变形、渗透等的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明包括脱湿条件下红土的水分分析、脱湿条件下红土的水分分析和干湿循环条件下红土的水分，所述脱湿条件下红土的水分分析：铅直向下、水平X和水平Y三个不同的水分入渗方向，通过顶部积水下渗试验、水平向浸泡入渗试验及其对应的微结构试验，分析不同影响因素下增湿过程中红土试样在三个方向上的水分迁入特性及其微结构特性随迁入时间和土柱位置的变化，建立迁入过程中三个方向上水分的迁入量、储水量、出水量、出水时间、迁移速率、含水率和渗透系数等水分迁入参数与迁入时间和土柱位置之间的关系，用以模拟不同方向上水分在红土中的迁入情况；
所述脱湿条件下红土的水分分析：将不同影响因素下增湿后的红土试样进行脱湿试验及其微结构试验，分析脱湿过程中红土试样在三个方向上水分的迁出特性及其微结构特性随迁出时间和土柱位置的变化，建立迁出过程中三个方向上水分的蒸发量、蒸发系数、迁出速率、含水率等水分迁出参数与迁出时间和土柱位置之间的关系，用以模拟不同方向上水分在红土中的迁出情况；
所述干湿循环条件下红土的水分：1）含水率与各个影响因素之间的拟合关系，综合分析试验结果，采用数学处理方法，建立增湿、脱湿以及干湿循环条件下，水分迁移过程中的含水率或渗透系数或蒸发系数与干密度、含水率、温度、循环次数、时间、位置等影响因素之间的复相关关系，用以综合分析各个因素对水分迁移特性的影响；
2）干湿循环下水分迁移模型的建立，以地下水动力学、饱和土理论以及非饱和土理论为基础，结合上面的迁移特性以及复相关关系，根据达西定律，建立渗透速度、渗透系数与位置关系，根据地下水运动的连续性方程：质量守恒原理，建立渗透速度与位置、时间的关系，根据非饱和土壤中水、汽、热耦合运移关系，建立干湿循环下的水分迁移模型，确定模型参数；
（3）水分迁移模型的求解与结果分析，运用数学方法求解干湿循环下的水分迁移模型，研究不同影响因素下水分的迁移过程随时间、随空间的变化，并与试验结果进行对比分析。
基于上述技术方案：所述铅直向积水入渗试验方法为：
1） 将红土放入有机玻璃筒，采用分层击样法，制备不同影响因素下的圆柱形红土试样；
2） 控制试样顶部不同的积水高度，模拟水分由上往下的入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
3） 控制试样底部不同的积水高度，模拟水分由下往上的入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
4） 测试分析垂直向积水入渗过程中水分的迁移速率、含水率、渗透系数等迁移参数随时间和位置的变化，并记录。
基于上述技术方案：所述水平向积水入渗试验方法为：
1）将红土放入有机玻璃筒，采用分层击样法，制备不同影响因素下的圆柱形红土试样；
2） 将圆柱形红土试样水平放置，考虑从一端加水或者两端同时加水，模拟水分的水平向入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
3） 测试分析水平向浸泡入渗过程中水分的迁移速率、含水率、渗透系数等迁移参数随时间和位置的变化，并记录。
基于上述技术方案：所述脱湿试验方法为：
1） 将不同影响因素下制备的红土试样增湿完成后，放置烘箱中，控制脱湿温度为65-80摄氏度；
2） 脱湿过程中，与增湿条件下试样的方向一致，控制脱湿方向；
3） 测试分析不同脱湿温度、不同脱湿时间下，不同土柱位置处水分蒸发量、蒸发速率、蒸发系数、含水率的变化。
基于上述技术方案：所述微结构试验方法为：
1） 与增湿条件、脱湿条件下三个方向的试样相对应，制备微结构试样；
2） 通过扫描电镜和核磁共振试验，测试分析各个影响因素下水分迁移过程中微结构的变化特性。
本发明明确了不同影响因素下铅直向下的干湿循环作用对红土水分迁移特性及其微结构特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；明确了不同影响因素下铅直向上的干湿循环作用对红土水分迁移特性及其微结构特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；明确了不同影响因素下水平向的干湿循环作用对红土的水分迁移特性及其微结构特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；建立了求解干湿循环作用下红土中的水分迁移模型，并对比试验结果进行验证 。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明三维结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
实施例一，由图1给出，本发明提供一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法，包括增湿条件下红土的水分分析、脱湿条件下红土的水分分析和干湿循环条件下红土的水分，所述脱湿条件下红土的水分分析：铅直向下、水平X和水平Y三个不同的水分入渗方向，通过顶部积水下渗试验、水平向浸泡入渗试验及其对应的微结构试验，分析不同影响因素下增湿过程中红土试样在三个方向上的水分迁入特性及其微结构特性随迁入时间和土柱位置的变化，建立迁入过程中三个方向上水分的迁入量、储水量、出水量、出水时间、迁移速率、含水率和渗透系数等水分迁入参数与迁入时间和土柱位置之间的关系，用以模拟不同方向上水分在红土中的迁入情况；
所述脱湿条件下红土的水分分析：将不同影响因素下增湿后的红土试样进行脱湿试验及其微结构试验，分析脱湿过程中红土试样在三个方向上水分的迁出特性及其微结构特性随迁出时间和土柱位置的变化，建立迁出过程中三个方向上水分的蒸发量、蒸发系数、迁出速率、含水率等水分迁出参数与迁出时间和土柱位置之间的关系，用以模拟不同方向上水分在红土中的迁出情况；
所述干湿循环条件下红土的水分：1）含水率与各个影响因素之间的拟合关系，综合分析试验结果，采用数学处理方法，建立增湿、脱湿以及干湿循环条件下，水分迁移过程中的含水率或渗透系数或蒸发系数与干密度、含水率、温度、循环次数、时间、位置等影响因素之间的复相关关系，用以综合分析各个因素对水分迁移特性的影响；
2）干湿循环下水分迁移模型的建立，以地下水动力学、饱和土理论以及非饱和土理论为基础，结合上面的迁移特性以及复相关关系，根据达西定律，建立渗透速度、渗透系数与位置关系，根据地下水运动的连续性方程：质量守恒原理，建立渗透速度与位置、时间的关系，根据非饱和土壤中水、汽、热耦合运移关系，建立干湿循环下的水分迁移模型，确定模型参数；
（3）水分迁移模型的求解与结果分析，运用数学方法求解干湿循环下的水分迁移模型，研究不同影响因素下水分的迁移过程随时间、随空间的变化，并与试验结果进行对比分析。
基于上述技术方案：所述铅直向积水入渗试验方法为：
1） 将红土放入有机玻璃筒，采用分层击样法，制备不同影响因素下的圆柱形红土试样；
2） 控制试样顶部不同的积水高度，模拟水分由上往下的入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
3） 控制试样底部不同的积水高度，模拟水分由下往上的入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
4） 测试分析垂直向积水入渗过程中水分的迁移速率、含水率、渗透系数等迁移参数随时间和位置的变化，并记录。
基于上述技术方案：所述水平向积水入渗试验方法为：
1）将红土放入有机玻璃筒，采用分层击样法，制备不同影响因素下的圆柱形红土试样；
2） 将圆柱形红土试样水平放置，考虑从一端加水或者两端同时加水，模拟水分的水平向入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
3） 测试分析水平向浸泡入渗过程中水分的迁移速率、含水率、渗透系数等迁移参数随时间和位置的变化，并记录。
基于上述技术方案：所述脱湿试验方法为：
1） 将不同影响因素下制备的红土试样增湿完成后，放置烘箱中，控制脱湿温度为65-80摄氏度；
2） 脱湿过程中，与增湿条件下试样的方向一致，控制脱湿方向；
3） 测试分析不同脱湿温度、不同脱湿时间下，不同土柱位置处水分蒸发量、蒸发速率、蒸发系数、含水率的变化。
基于上述技术方案：所述微结构试验方法为：
1） 与增湿条件、脱湿条件下三个方向的试样相对应，制备微结构试样；
2） 通过扫描电镜和核磁共振试验，测试分析各个影响因素下水分迁移过程中微结构的变化特性。
本发明1）明确了不同影响因素下铅直向下的干湿循环作用对红土水分迁移特性及其微结构特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；
2）明确了不同影响因素下铅直向上的干湿循环作用对红土水分迁移特性及其微结构特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；
3）明确了不同影响因素下水平向的干湿循环作用对红土的水分迁移特性及其微结构特性的影响，建立水分迁移过程中的迁移量、含水率、渗透系数、蒸发系数随时间和空间的变化关系；
4）建立了求解干湿循环作用下红土中的水分迁移模型，并对比试验结果进行验证。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。
Claims (5)
1.一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法，包括增湿条件下红土的水分分析、脱湿条件下红土的水分分析和干湿循环条件下红土的水分，其特征在于：所述脱湿条件下红土的水分分析：铅直向下、水平X和水平Y三个不同的水分入渗方向，通过顶部积水下渗试验、水平向浸泡入渗试验及其对应的微结构试验，分析不同影响因素下增湿过程中红土试样在三个方向上的水分迁入特性及其微结构特性随迁入时间和土柱位置的变化，建立迁入过程中三个方向上水分的迁入量、储水量、出水量、出水时间、迁移速率、含水率和渗透系数等水分迁入参数与迁入时间和土柱位置之间的关系，用以模拟不同方向上水分在红土中的迁入情况；
所述脱湿条件下红土的水分分析：将不同影响因素下增湿后的红土试样进行脱湿试验及其微结构试验，分析脱湿过程中红土试样在三个方向上水分的迁出特性及其微结构特性随迁出时间和土柱位置的变化，建立迁出过程中三个方向上水分的蒸发量、蒸发系数、迁出速率、含水率等水分迁出参数与迁出时间和土柱位置之间的关系，用以模拟不同方向上水分在红土中的迁出情况；
所述干湿循环条件下红土的水分：1）含水率与各个影响因素之间的拟合关系，综合分析试验结果，采用数学处理方法，建立增湿、脱湿以及干湿循环条件下，水分迁移过程中的含水率或渗透系数或蒸发系数与干密度、含水率、温度、循环次数、时间、位置等影响因素之间的复相关关系，用以综合分析各个因素对水分迁移特性的影响；
2）干湿循环下水分迁移模型的建立，以地下水动力学、饱和土理论以及非饱和土理论为基础，结合上面的迁移特性以及复相关关系，根据达西定律，建立渗透速度、渗透系数与位置关系，根据地下水运动的连续性方程：质量守恒原理，建立渗透速度与位置、时间的关系，根据非饱和土壤中水、汽、热耦合运移关系，建立干湿循环下的水分迁移模型，确定模型参数；
（3）水分迁移模型的求解与结果分析，运用数学方法求解干湿循环下的水分迁移模型，研究不同影响因素下水分的迁移过程随时间、随空间的变化，并与试验结果进行对比分析。
2.根据权利要求1所述的一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法，其特征在于，所述铅直向积水入渗试验方法为：
1） 将红土放入有机玻璃筒，采用分层击样法，制备不同影响因素下的圆柱形红土试样；
2） 控制试样顶部不同的积水高度，模拟水分由上往下的入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
3） 控制试样底部不同的积水高度，模拟水分由下往上的入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
4） 测试分析垂直向积水入渗过程中水分的迁移速率、含水率、渗透系数等迁移参数随时间和位置的变化，并记录。
3.根据权利要求1所述的一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法，其特征在于，所述水平向积水入渗试验方法为：
1）将红土放入有机玻璃筒，采用分层击样法，制备不同影响因素下的圆柱形红土试样；
2） 将圆柱形红土试样水平放置，考虑从一端加水或者两端同时加水，模拟水分的水平向入渗过程，观测不同入渗时间、不同土柱位置处水分的迁入量、储水量、出水量的变化，并记录；
3） 测试分析水平向浸泡入渗过程中水分的迁移速率、含水率、渗透系数等迁移参数随时间和位置的变化，并记录。
4.根据权利要求1所述的一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法，其特征在于，所述脱湿试验方法为：
1） 将不同影响因素下制备的红土试样增湿完成后，放置烘箱中，控制脱湿温度为65-80摄氏度；
2） 脱湿过程中，与增湿条件下试样的方向一致，控制脱湿方向；
3） 测试分析不同脱湿温度、不同脱湿时间下，不同土柱位置处水分蒸发量、蒸发速率、蒸发系数、含水率的变化。
5.根据权利要求1所述的一种红土型大坝的干湿循环效应分析方法，其特征在于，所述微结构试验方法为：
1） 与增湿条件、脱湿条件下三个方向的试样相对应，制备微结构试样；
2） 通过扫描电镜和核磁共振试验，测试分析各个影响因素下水分迁移过程中微结构的变化特性。
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| CN113790995A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-12-14 | 南华大学 | 一种测定非饱和土土水特征曲线的试验装置及方法 |
| CN113790995B (zh) * | 2021-07-28 | 2023-11-03 | 南华大学 | 一种测定非饱和土土水特征曲线的试验装置及方法 |
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