CN110836799A - 一种吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非饱和土试样制样技术领域，公开了一种吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统及方法，所述吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统包括：强度检测模块、孔压检测模块、水分检测模块、中央控制模块、吸力值计算模块、传导力测试模块、渗透系数预测模块、储存模块、显示模块。本发明通过传导力测试模块能够为较大区域的研究中提供便利，极大的缩小了测定误差，参数物理意义明确，测定简单，计算方便；同时，通过渗透系数预测模块克服了对渗透系数的预测以经验法为主、缺少理论支撑、模型较复杂、计算繁琐的缺点，对于非饱和土的渗流理论、流固耦合研究及工程应用具有极其重要的价值。
Description
技术领域
本发明属于非饱和土试样制样技术领域，尤其涉及一种吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统及方法。
背景技术
非饱和土是指土壤孔隙由水和空气填充，即饱和度小于100时但大于0时的土壤。非饱和土在自然界广泛地存在，真正的饱和土在自然界是很少的，尤其在干旱与半干旱地区，由于受气候条件的影响，存在着若干种具有特殊性质的土类，如膨胀土、崩解土(黄土等)、残积土等，统称为“特殊土”。它们均具有非饱和土的基本特性，即土体内通常存在着吸力。这种特征在膨胀土中表现得尤为明显和重要。然而，现有非饱和土试样制样系统对非饱和土传导力测定存在较大的误差；同时，对非饱和土渗透系数预测不准确。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有非饱和土试样制样系统对非饱和土传导力测定存在较大的误差；同时，对非饱和土渗透系数预测复杂，繁琐。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统及方法。
本发明是这样实现的，一种吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，所述吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法包括：
第一步，将含有一定水分的粉末放置在气室中，根据实验的需要，改变气室中的气压；在调整完成后的气压一定的条件下，利用加压装置对试样施加外载荷；在试样变形稳定后，取出进行相关的实验；同时在此过程中，保持气室内部温度的恒定；
第二步，利用相应的设备检测非饱和土试样强度数据、非饱和土试样水压和气压数据、非饱和土试样水分数据、非饱和土试样传导力；
第三步，根据上述检测数据，通过控制器利用计算程序计算非饱和土试样吸力值，并且预测传导力渗透系数；
第四步，系统将上述的数据信息，进行储存；并且利用显示器显示检测的非饱和土试样强度、水压、气压、水分数据及吸力值、传导力、渗透系数信息。
进一步，所述非饱和土试样传导力测试方法如下：
(1)根据待评价区的地形地貌特点，制定视电阻率采集与土壤样品收集方案，采集研究区视电阻率与相应的土壤样品；
(2)对采集到的视电阻率数据进行反演计算，得到研究区的土壤真实电阻率分布；
(3)根据阿奇公式，通过参数率定的方式，确定阿奇公式相关参数，建立土壤电阻率与土壤水分之间的定量关系；
(4)通过室内实验确定土壤样品的孔隙度，从而得到研究区土壤孔隙度的分布；
(5)根据分形理论，建立不饱和传导力与土壤水分、孔隙度的定量模型。
进一步，所述步骤(1)中采用高密度电阻率仪获得研究区的视电阻率分布。
进一步，所述步骤(2)中电阻率数据反演计算的公式为：
其中S为感度矩阵，d为观测数据，ρ为模型的电阻率，G为正演算子，Rdd与Rmm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ0为初始电阻率模型，Δρk为第k此迭代后的模拟电阻率。
进一步，所述步骤(3)中建立电阻率与土壤水分之间的定量关系公式为：
ρ＝ρ0S-β，
式中ρ为不饱和土壤电阻率，ρ0饱和时的土壤电阻率，θ为土壤含水率，θr和θs分别为饱和土壤含水率与土壤剩余含水率，β为经验参数，与土壤的物理性质有关。
进一步，所述步骤(5)中确定非饱和土壤的水力传导力的公式为：
式中k为非饱和水力传导力，θ为土壤含水率，D为分形参数，ε为土壤孔隙度；将步骤(3)中获得的土壤含水率θ与土壤的孔隙度ε带入到公式中即可获得非饱和土壤水力传导力。
进一步，所述渗透系数预测方法如下：
1)结合TK相对渗透系数模型、土水特征曲线分形模型及VG模型提出一种预测非饱和土相对渗透系数模型，预测非饱和土相对渗透系数模型为：
kr(ψ)为预测非饱和土相对渗透系数，a、m、n均为VG模型拟合参数，ψa为进气值，ψ为基质吸力；其中，VG模型拟合参数a的单位为kPa-1、其值为进气值ψa的倒数，VG模型拟合参数n与土的孔隙分布有关，VG模型拟合参数m与土体特征曲线的整体对称性有关；
2)基于压力板试验测得土水特征曲线实测数据，得到测量基质吸力ψ1和测量饱和度Sr1；
3)根据步骤2)中测量基质吸力ψ1和测量饱和度Sr1代入VG模型中拟合出土水特征曲线，得出测量拟合参数a0、m0、n0，根据拟合参数a与进气值ψa的关系，计算测量进气值ψa0；
4)将设定的基质吸力ψ0、计算出测量进气值Ψa0和步骤3)中测量拟合参数a0,m0,n0代入公式Ⅳ中计算出非饱和土相对渗透系数，即为非饱和土相对渗透系数的预测值，其中ψ0>0。
进一步，所述步骤1)中，结合TK相对渗透系数模型、土水特征曲线分形模型及VG模型提出的预测非饱和土相对渗透系数模型具体过程如下：
a)TK相对渗透系数模型为
其中kr(θ)为相对渗透系数、θ为体积含水率、ψ为基质吸力、θr为残余体积含水率、θs为饱和体积含水率；
土水特征曲线分形模型为
其中，Sr为饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、D为分维数；
VG模型为
其中，Se为有效饱和度，ψ为基质吸力，a、m、n均为VG模型拟合参数，其中VG模型拟合参数a的单位为kPa-1、其值为进气值ψa的倒数，VG模型拟合参数n与土的孔隙分布有关，VG模型拟合参数m与土体特征曲线的整体对称性有关；
b)将土水特征曲线分形模型公式Ⅱ两边同时求导，得
由于体积含水率θ对应饱和度Sr或ψ，θr为残余体积含水率对应饱和度Srmin或ψd，饱和体积含水率θs对应饱和度为1或ψa，且ψd为最大基质吸力，并将公式Ⅴ代入公式Ⅰ中，得
由于ψd>>ψa，所以忽略(ψa/ψd)5-D，并结合公式Ⅱ简化得到公式Ⅵ
将Ⅲ式代入Ⅵ式，且有效饱和度Se与饱和度近Sr近似相等得到预测非饱和土相对渗透系数模型
本发明的另一目的在于提供一种实施所述吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统，实施吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统包括：
强度检测模块，与中央控制模块连接，用于检测非饱和土试样强度数据；
孔压检测模块，与中央控制模块连接，用于检测非饱和土试样水压和气压数据；
水分检测模块，与中央控制模块连接，用于通过湿度传感器检测非饱和土试样水分数据；
中央控制模块，与强度检测模块、孔压检测模块、水分检测模块、吸力值计算模块、传导力测试模块、渗透系数预测模块、储存模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
吸力值计算模块，与中央控制模块连接，用于通过计算程序计算非饱和土试样吸力值；
传导力测试模块，与中央控制模块连接，用于测试非饱和土试样传导力；
渗透系数预测模块，与中央控制模块连接，用于预测传导力渗透系数；
储存模块，与中央控制模块连接，用于通过干燥容器储存非饱和土试样；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示检测的非饱和土试样强度、水压、气压、水分数据及吸力值、传导力、渗透系数信息。
进一步，所述吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统还包括：
温度控制模块，与中央控制模块连接，通过气室内部的温度控制设备，对气室内部的温度进行控制；
压力控制模块，与中央控制模块连接，通过气室内部的吸气设备，改变气室内部的气压；
加压装置控制模块，与中央控制模块连接，通过在气室上端设置有加载装置，对非饱和土进行加压；
温度检测模块，与中央控制模块连接，在气室内部通过螺栓固定有温度传感器，检测内部的温度。
本发明的优点及积极效果为：本发明通过传导力测试模块能够为较大区域的研究中提供便利，极大的缩小了测定误差，参数物理意义明确，测定简单，计算方便；同时，通过渗透系数预测模块基于VG模型预测非饱和土相对渗透系数的方法是以土样的土水特征曲线(SWCC)为参考状态，结合土水特征曲线分形模型、TK相对渗透系数模型与VG模型，利用分形理论，推导出一种非饱和相对渗透系数模型，然后用VG模型拟合土水特征曲线，求得进气值，进而预测土样的非饱和相对渗透系数，本预测方法克服了对渗透系数的预测以经验法为主、缺少理论支撑、模型较复杂、计算繁琐的缺点，对于非饱和土的渗流理论、流固耦合研究及工程应用具有极其重要的价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统结构示意图；
图中：1、强度检测模块；2、孔压检测模块；3、水分检测模块；4、中央控制模块；5、吸力值计算模块；6、传导力测试模块；7、渗透系数预测模块；8、储存模块；9、显示模块；10、吸力控制非饱和土试样制备模块；11、温度控制模块；12、压力控制模块；13、加压装置控制模块；14、温度检测模块。
图2是本发明实施例提供的吸力控制非饱和土试样制备模块结构示意图。
图3是本发明实施例提供的中央处理控制模块结构示意图。
图4是本发明实施例提供的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统试样控制方法流程图
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统包括：强度检测模块1、孔压检测模块2、水分检测模块3、中央控制模块4、吸力值计算模块5、传导力测试模块6、渗透系数预测模块7、储存模块8、显示模块9。
强度检测模块1，与中央控制模块4连接，用于检测非饱和土试样强度数据；
孔压检测模块2，与中央控制模块4连接，用于检测非饱和土试样水压和气压数据；
水分检测模块3，与中央控制模块4连接，用于通过湿度传感器检测非饱和土试样水分数据；
中央控制模块4，与强度检测模块1、孔压检测模块2、水分检测模块3、吸力值计算模块5、传导力测试模块6、渗透系数预测模块7、储存模块8、显示模块9连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
吸力值计算模块5，与中央控制模块4连接，用于通过计算程序计算非饱和土试样吸力值；
传导力测试模块6，与中央控制模块4连接，用于测试非饱和土试样传导力；
渗透系数预测模块7，与中央控制模块4连接，用于预测传导力渗透系数；
储存模块8，与中央控制模块4连接，用于通过干燥容器储存非饱和土试样；
显示模块9，与中央控制模块4连接，用于通过显示器显示检测的非饱和土试样强度、水压、气压、水分数据及吸力值、传导力、渗透系数信息。
吸力控制非饱和土试样制备模块10，与中央控制模块4连接，通过控制气室内部的温度和压力，向气室内部加入相应的含有一定水分的非饱和土粉末，进行相应的非饱和土粉末试样。
所述与强度检测模块1、孔压检测模块2、水分检测模块3、吸力值计算模块5、传导力测试模块6、渗透系数预测模块7、储存模块8、显示模块9连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作的中央控制模块4包括：
数据接收模块，通过中央处理模块中的接收端口与外部的检测端口连接，实现检测数据的接收。
数据转换模块，将接收到的数据按照一定的计算机程序，转换成系统易识别的形式。
数据分类模块，按照转换完成的数据，按照一定的程序整理数据，进行有效分分组。
数据计算模块，运用中央处理模块中的相应的各种运算和逻辑，对数据进行处理。
数据储存模块，将接收到的数据和处理完成的数据，进行储存。
数据检索模块，按照需要搜索的信息，在储存数据中心提取有用的信息。
所述通过控制气室内部的温度和压力，向气室内部加入相应的含有一定水分的非饱和土粉末，进行相应的非饱和土粉末试样的吸力控制非饱和土试样制备模块10包括：
温度控制模块11，与中央控制模块4连接，通过气室内部的温度控制设备，对气室内部的温度进行控制。
压力控制模块12，与中央控制模块4连接，通过气室内部的吸气设备，改变气室内部的气压。
加压装置控制模块13，与中央控制模块4连接，通过在气室上端设置有加载装置，对非饱和土进行加压。
温度检测模块14，与中央控制模块4连接，在气室内部通过螺栓固定有温度传感器，检测内部的温度。
所述吸力控制非饱和土试样制备模块10非饱和土试样制备方法，具体过程如下：
将含有一定水分的粉末放置在气室中，根据实验的需要，改变气室中的气压；在调整完成后的气压一定的条件下，利用加压装置对试样施加外载荷；在试样变形稳定后，取出进行相关的实验；同时在此过程中，保持气室内部温度的恒定。
在制样的过程中，利用气室内部的温度传感器和压力传感器，检测气室内部的温度和气压；根据检测的数值，控制相应的器件，使试样达到实验要求。
本发明提供的传导力测试模块6测试方法如下：
(1)根据待评价区的地形地貌特点，制定视电阻率采集与土壤样品收集方案，采集研究区视电阻率与相应的土壤样品；
(2)对采集到的视电阻率数据进行反演计算，得到研究区的土壤真实电阻率分布；
(3)根据阿奇公式，通过参数率定的方式，确定阿奇公式相关参数，建立土壤电阻率与土壤水分之间的定量关系；
(4)通过室内实验确定土壤样品的孔隙度，从而得到研究区土壤孔隙度的分布；
(5)根据分形理论，建立不饱和传导力与土壤水分、孔隙度的定量模型。
本发明提供的步骤(1)中采用高密度电阻率仪获得研究区的视电阻率分布。
本发明提供的步骤(2)中电阻率数据反演计算的公式为：
其中S为感度矩阵，d为观测数据，ρ为模型的电阻率，G为正演算子，Rdd与Rmm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ0为初始电阻率模型，Δρk为第k此迭代后的模拟电阻率。
本发明提供的步骤(3)中建立电阻率与土壤水分之间的定量关系公式为：
ρ＝ρ0S-β，
式中ρ为不饱和土壤电阻率，ρ0饱和时的土壤电阻率，θ为土壤含水率，θr和θs分别为饱和土壤含水率与土壤剩余含水率，β为经验参数，与土壤的物理性质有关。
本发明提供的步骤(5)中确定非饱和土壤的水力传导力的公式为：
式中k为非饱和水力传导力，θ为土壤含水率，D为分形参数，ε为土壤孔隙度；将步骤(3)中获得的土壤含水率θ与土壤的孔隙度ε带入到公式中即可获得非饱和土壤水力传导力。
本发明提供的渗透系数预测模块7预测方法如下：
1)结合TK相对渗透系数模型、土水特征曲线分形模型及VG模型提出一种预测非饱和土相对渗透系数模型，预测非饱和土相对渗透系数模型为：
kr(ψ)为预测非饱和土相对渗透系数，a、m、n均为VG模型拟合参数，ψa为进气值，ψ为基质吸力；其中，VG模型拟合参数a的单位为kPa-1、其值为进气值ψa的倒数，VG模型拟合参数n与土的孔隙分布有关，VG模型拟合参数m与土体特征曲线的整体对称性有关；
2)基于压力板试验测得土水特征曲线实测数据，得到测量基质吸力ψ1和测量饱和度Sr1；
3)根据步骤2)中测量基质吸力ψ1和测量饱和度Sr1代入VG模型中拟合出土水特征曲线，得出测量拟合参数a0、m0、n0，根据拟合参数a与进气值ψa的关系，计算测量进气值ψa0；
4)将设定的基质吸力ψ0、计算出测量进气值Ψa0和步骤3)中测量拟合参数a0,m0,n0代入公式Ⅳ中计算出非饱和土相对渗透系数，即为非饱和土相对渗透系数的预测值，其中ψ0>0。
本发明提供的步骤1)中，结合TK相对渗透系数模型、土水特征曲线分形模型及VG模型提出的预测非饱和土相对渗透系数模型具体过程如下：
a)TK相对渗透系数模型为
其中kr(θ)为相对渗透系数、θ为体积含水率、ψ为基质吸力、θr为残余体积含水率、θs为饱和体积含水率；
土水特征曲线分形模型为
其中，Sr为饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、D为分维数；
VG模型为
其中，Se为有效饱和度，ψ为基质吸力，a、m、n均为VG模型拟合参数，其中VG模型拟合参数a的单位为kPa-1、其值为进气值ψa的倒数，VG模型拟合参数n与土的孔隙分布有关，VG模型拟合参数m与土体特征曲线的整体对称性有关；
b)将土水特征曲线分形模型公式Ⅱ两边同时求导，得
由于体积含水率θ对应饱和度Sr或ψ，θr为残余体积含水率对应饱和度Srmin或ψd，饱和体积含水率θs对应饱和度为1或ψa，且ψd为最大基质吸力，并将公式Ⅴ代入公式Ⅰ中，得
由于ψd>>ψa，所以忽略(ψa/ψd)5-D，并结合公式Ⅱ简化得到公式Ⅵ
将Ⅲ式代入Ⅵ式，且有效饱和度Se与饱和度近Sr近似相等得到预测非饱和土相对渗透系数模型
如图4所示，本发明实施例提供的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统试样制样方法，具体包括以下步骤：
S101：将含有一定水分的粉末放置在气室中，根据实验的需要，改变气室中的气压；在调整完成后的气压一定的条件下，利用加压装置对试样施加外载荷；在试样变形稳定后，取出进行相关的实验；同时在此过程中，保持气室内部温度的恒定。
S102：利用相应的设备检测非饱和土试样强度数据、非饱和土试样水压和气压数据、非饱和土试样水分数据、非饱和土试样传导力。
S103：根据上述检测数据，通过控制器利用计算程序计算非饱和土试样吸力值，并且预测传导力渗透系数。
S104：系统将上述的数据信息，进行储存；并且利用显示器显示检测的非饱和土试样强度、水压、气压、水分数据及吸力值、传导力、渗透系数信息。
本发明工作时，首先，将含有一定水分的粉末放置在气室中，根据实验的需要，改变气室中的气压；在调整完成后的气压一定的条件下，利用加压装置对试样施加外载荷；在试样变形稳定后，取出进行相关的实验；同时在此过程中，保持气室内部温度的恒定。
通过强度检测模块1检测非饱和土试样强度数据；通过孔压检测模块2检测非饱和土试样水压和气压数据；通过水分检测模块3利用湿度传感器检测非饱和土试样水分数据；其次，中央控制模块4通过吸力值计算模块5利用计算程序计算非饱和土试样吸力值；通过传导力测试模块6测试非饱和土试样传导力；通过渗透系数预测模块7预测传导力渗透系数；然后，通过储存模块8利用干燥容器储存非饱和土试样；最后，通过显示模块9利用显示器显示检测的非饱和土试样强度、水压、气压、水分数据及吸力值、传导力、渗透系数信息。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，其特征在于，所述吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法包括：
第一步，将含有一定水分的粉末放置在气室中，根据实验的需要，改变气室中的气压；在调整完成后的气压一定的条件下，利用加压装置对试样施加外载荷；在试样变形稳定后，取出进行相关的实验；同时在此过程中，保持气室内部温度的恒定；
第二步，利用相应的设备检测非饱和土试样强度数据、非饱和土试样水压和气压数据、非饱和土试样水分数据、非饱和土试样传导力；
第三步，根据上述检测数据，通过控制器利用计算程序计算非饱和土试样吸力值，并且预测传导力渗透系数；
第四步，系统将上述的数据信息，进行储存；并且利用显示器显示检测的非饱和土试样强度、水压、气压、水分数据及吸力值、传导力、渗透系数信息。
2.如权利要求1所述吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，其特征在于，所述非饱和土试样传导力测试方法如下：
(1)根据待评价区的地形地貌特点，制定视电阻率采集与土壤样品收集方案，采集研究区视电阻率与相应的土壤样品；
(2)对采集到的视电阻率数据进行反演计算，得到研究区的土壤真实电阻率分布；
(3)根据阿奇公式，通过参数率定的方式，确定阿奇公式相关参数，建立土壤电阻率与土壤水分之间的定量关系；
(4)通过室内实验确定土壤样品的孔隙度，从而得到研究区土壤孔隙度的分布；
(5)根据分形理论，建立不饱和传导力与土壤水分、孔隙度的定量模型。
3.如权利要求2所述的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用高密度电阻率仪获得研究区的视电阻率分布。
4.如权利要求2所述的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中电阻率数据反演计算的公式为：
其中S为感度矩阵，d为观测数据，ρ为模型的电阻率，G为正演算子，Rdd与Rmm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ0为初始电阻率模型，Δρk为第k此迭代后的模拟电阻率。
5.如权利要求2所述的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中建立电阻率与土壤水分之间的定量关系公式为：
ρ＝ρ0S-β，
式中ρ为不饱和土壤电阻率，ρ0饱和时的土壤电阻率，θ为土壤含水率，θr和θs分别为饱和土壤含水率与土壤剩余含水率，β为经验参数，与土壤的物理性质有关。
6.如权利要求2所述的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中确定非饱和土壤的水力传导力的公式为：
式中k为非饱和水力传导力，θ为土壤含水率，D为分形参数，ε为土壤孔隙度；将步骤(3)中获得的土壤含水率θ与土壤的孔隙度ε带入到公式中即可获得非饱和土壤水力传导力。
7.如权利要求1所述的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，其特征在于，所述渗透系数预测方法如下：
1)结合TK相对渗透系数模型、土水特征曲线分形模型及VG模型提出一种预测非饱和土相对渗透系数模型，预测非饱和土相对渗透系数模型为：
kr(ψ)为预测非饱和土相对渗透系数，a、m、n均为VG模型拟合参数，ψa为进气值，ψ为基质吸力；其中，VG模型拟合参数a的单位为kPa-1、其值为进气值ψa的倒数，VG模型拟合参数n与土的孔隙分布有关，VG模型拟合参数m与土体特征曲线的整体对称性有关；
2)基于压力板试验测得土水特征曲线实测数据，得到测量基质吸力ψ1和测量饱和度Sr1；
3)根据步骤2)中测量基质吸力ψ1和测量饱和度Sr1代入VG模型中拟合出土水特征曲线，得出测量拟合参数a0、m0、n0，根据拟合参数a与进气值ψa的关系，计算测量进气值ψa0；
4)将设定的基质吸力ψ0、计算出测量进气值Ψa0和步骤3)中测量拟合参数a0,m0,n0代入公式Ⅳ中计算出非饱和土相对渗透系数，即为非饱和土相对渗透系数的预测值，其中ψ0>0。
8.如权利要求7所述的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，结合TK相对渗透系数模型、土水特征曲线分形模型及VG模型提出的预测非饱和土相对渗透系数模型具体过程如下：
a)TK相对渗透系数模型为
其中kr(θ)为相对渗透系数、θ为体积含水率、ψ为基质吸力、θr为残余体积含水率、θs为饱和体积含水率；
土水特征曲线分形模型为
其中，Sr为饱和度、ψa为进气值、ψ为基质吸力、D为分维数；
VG模型为
其中，Se为有效饱和度，ψ为基质吸力，a、m、n均为VG模型拟合参数，其中VG模型拟合参数a的单位为kPa-1、其值为进气值ψa的倒数，VG模型拟合参数n与土的孔隙分布有关，VG模型拟合参数m与土体特征曲线的整体对称性有关；
b)将土水特征曲线分形模型公式Ⅱ两边同时求导，得
由于体积含水率θ对应饱和度Sr或ψ，θr为残余体积含水率对应饱和度Srmin或ψd，饱和体积含水率θs对应饱和度为1或ψa，且ψd为最大基质吸力，并将公式Ⅴ代入公式Ⅰ中，得
由于ψd>>ψa，所以忽略(ψa/ψd)5-D，并结合公式Ⅱ简化得到公式Ⅵ
将Ⅲ式代入Ⅵ式，且有效饱和度Se与饱和度近Sr近似相等得到预测非饱和土相对渗透系数模型
9.一种实施权利要求1～8任意一项所述吸力控制型快速非饱和土试样制样控制方法的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统，其特征在于，实施吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统包括：
强度检测模块，与中央控制模块连接，用于检测非饱和土试样强度数据；
孔压检测模块，与中央控制模块连接，用于检测非饱和土试样水压和气压数据；
水分检测模块，与中央控制模块连接，用于通过湿度传感器检测非饱和土试样水分数据；
中央控制模块，与强度检测模块、孔压检测模块、水分检测模块、吸力值计算模块、传导力测试模块、渗透系数预测模块、储存模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
吸力值计算模块，与中央控制模块连接，用于通过计算程序计算非饱和土试样吸力值；
传导力测试模块，与中央控制模块连接，用于测试非饱和土试样传导力；
渗透系数预测模块，与中央控制模块连接，用于预测传导力渗透系数；
储存模块，与中央控制模块连接，用于通过干燥容器储存非饱和土试样；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示检测的非饱和土试样强度、水压、气压、水分数据及吸力值、传导力、渗透系数信息。
10.如权利要求9所述的吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统，其特征在于，所述吸力控制型快速非饱和土试样制样控制系统还包括：
温度控制模块，与中央控制模块连接，通过气室内部的温度控制设备，对气室内部的温度进行控制；
压力控制模块，与中央控制模块连接，通过气室内部的吸气设备，改变气室内部的气压；
加压装置控制模块，与中央控制模块连接，通过在气室上端设置有加载装置，对非饱和土进行加压；
温度检测模块，与中央控制模块连接，在气室内部通过螺栓固定有温度传感器，检测内部的温度。
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