一种基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法技术

本发明专利技术公开了环境土力学技术领域的一种基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法，包括以下步骤：步骤一，取样部分膨润土，获取两种温度条件下膨润土的土水特征曲线，其中土水特征曲线的纵坐标为含水量，横坐标为相对湿度；步骤二，获取膨润土在两种温度下的拟合参数c、k和w

【技术实现步骤摘要】
一种基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法


[0001]本专利技术属于环境土力学
，具体是一种基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法。

技术介绍

[0002]土水特征曲线是表征土体中土颗粒对水分或者水蒸汽的持有能力，经常用土体含水量与土体中相对湿度值之间的相互关系来表示。土体的土水特征曲线与土的微观结构，物理力学性质紧密相关，反应土体的渗透性能，吸附特性和强度特性等；在自然界中表层土大部分为非饱和状态，如一些固体废弃物填埋场废物隔层经常掺入膨润土防止废物泄露，这些膨润土经常受到周围环境温度影响，进而影响其持水特性；一些深埋核废物处置库屏障材料膨润土也经常受到核废物核辐射影响其持水特性，土水特征曲线不仅是非饱和土力学中重要的研究内容，也是实际工程应用中重点研究对象。
[0003]中国专利公布号CN 113790995 A提出一种测定非饱和土土水特征曲线的试验装置及方法，其特征在于：它包括圆柱箱、微波加热系统、喷雾加湿系统、蒸发量测试系统、吸力量测系统、天平量测系统和旋转控制系统；通过圆柱箱和微波加热系统对土样进行密封和加热；通过喷雾加湿系统实现土体定量吸湿；通过蒸发量测试系统精准控制蒸发量；通过吸力量测系统和天平量测系统分别时时监测土体含水量和吸力变化；通过旋转控制系统加速土样水分迁移。
[0004]上述技术方案中采用蒸汽压平衡法测定土水特征曲线，此种方法试样达到平衡状态时间很长，经常1
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2个月之久，而对于高温下此种方法测量更为耗时，且高温下操作较难，误差较大，对于需要测量多组不同温度下的土水特征曲线，在有限的实验器材条件下耗时更久；因此，有必要提出一种基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提出一种在已知某种温度和少数几组土水特征曲线数据的条件下，预测出其他温度的土水特征曲线的方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法，包括以下步骤：步骤一，取样部分膨润土，获取两种温度条件下膨润土的土水特征曲线，其中土水特征曲线的纵坐标为含水量，横坐标为相对湿度；步骤二，获取膨润土在两种温度下的拟合参数c、k和w
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；步骤三，获取膨润土在两种温度下的饱和蒸汽压和吸附热能；步骤四，获取在恒定含水量中膨润土在两种温度下的相对湿度；步骤五，根据获取的数据预测出其他温度条件下膨润土的土水特征曲线。
[0007]步骤二中，采用GAB吸附模型式获取拟合参数c、k和w
m
，GAB吸附模型式计算公式如下：
(1)其中，Wm是粘土颗粒周围形成单层水膜的含水量；RH是膨润土的相对湿度；W为含水量。
[0008]步骤三中，膨润土的饱和蒸汽压计算公式如下：(2)其中，，i表示某一种状态下。
[0009]步骤三中，膨润土的吸附热能计算公式如下：
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(3)T1为一种情况下的温度，P1为部分蒸汽压；T2为另外一种情况下的温度，P2为另一部分蒸汽压。
[0010]步骤四中，膨润土在恒定含水量中的相对湿度计算公式如下： (4)其中，下标1为第一种情况，下标2为第二种情况，P
1，s
为第一种情况的饱和蒸汽压值，P
2，s
为第二种情况的饱和蒸汽压值。
[0011]采用上述方案后实现了以下有益效果：本专利技术可以减少实测量组数，与现有技术相比，可以在很多程度上节省实验时间，并且本专利技术操作简单，能在短时间内准确预测不同温度下的土水特征曲线；本专利技术所用方法基于热力学，操作方便，计算量少；预测的曲线精度较高，与实验数据基本一致。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例的流程图。
[0013]图2为本专利技术实施例预测值与实验值的比较图。
具体实施方式
[0014]下面通过具体实施方式进一步详细说明：实施例基本如附图1
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2所示：一种基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法，包括以下步骤：步骤一，取样部分膨润土，获取两种温度条件下膨润土的土水特征曲线，其中土水
特征曲线的纵坐标为含水量，横坐标为相对湿度；步骤二，获取膨润土在两种温度下的拟合参数c、k和w
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；步骤三，获取膨润土在两种温度下的饱和蒸汽压和吸附热能；步骤四，获取在恒定含水量中膨润土在两种温度下的相对湿度；步骤五，根据获取的数据预测出其他温度条件下膨润土的土水特征曲线。
[0015]步骤二中，采用GAB吸附模型式获取拟合参数c、k和w
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，GAB吸附模型式计算公式如下： (1)其中，Wm是粘土颗粒周围形成单层水膜的含水量；RH是膨润土的相对湿度；W为含水量。
[0016]步骤三中，膨润土的饱和蒸汽压计算公式如下： (2)其中，，i表示某一种状态下。
[0017]步骤三中，膨润土的吸附热能计算公式如下： (3)T1为一种情况下的温度，P1为部分蒸汽压；T2为另外一种情况下的温度，P2为另一部分蒸汽压。
[0018]步骤四中，膨润土在恒定含水量中的相对湿度计算公式如下： (4)其中，下标1为第一种情况，下标2为第二种情况，P
1，s
为第一种情况的饱和蒸汽压值，P
2，s
为第二种情况的饱和蒸汽压值。
[0019]具体实施过程如下：首先，获得某膨润土分别在20℃和80℃下的土水特征曲线数据，膨润土在温度为20℃和80℃下的土水特征曲线数据如下表所示：
其次，根据GAB吸附模型公式计算出拟合参数c、k和w
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，膨润土在温度为20℃和80℃下的拟合参数c、k和w
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如下表所示：最后，通过式（2）求出20℃和80℃的饱和蒸汽压，通过式（3）求出20℃和80℃的吸附热能；已知20℃和80℃的饱和蒸汽压和吸附热能数据，对于某一恒定含水量下任何温度的膨润土中相对湿度可由式（4）计算出来，基于20℃和80℃的膨润土土水特征数据预测的40℃和60℃土水特征数据曲线，如附图2所示，可以看出预测的土水特征数据曲线精度较高，与实验数据基本一致。
[0020]以上所述的仅是本专利技术的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前专利技术所属
所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本专利技术结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本专利技术的保护范围，这些都不会影响本专利技术实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，取样部分膨润土，获取两种温度条件下膨润土的土水特征曲线，其中土水特征曲线的纵坐标为含水量，横坐标为相对湿度；步骤二，获取膨润土在两种温度下的拟合参数c、k和w
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；步骤三，获取膨润土在两种温度下的饱和蒸汽压和吸附热能；步骤四，获取在恒定含水量中膨润土在两种温度下的相对湿度；步骤五，根据获取的数据预测出其他温度条件下膨润土的土水特征曲线。2.根据权利要求1所述的基于热动力学的不同温度下的土水特征曲线建模方法，其特征在于：步骤二中，采用GAB吸附模型式获取拟合参数c、k和w
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，GAB吸附模型式计算公式如下：(1)其中，Wm是粘土颗粒周围形成单层水膜的含水量；RH是膨润土的相对湿度；W...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海泉，王立忠，洪义，国振，李玲玲，
申请(专利权)人：海南浙江大学研究院，
类型：发明
国别省市：