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原文传递一种基于核磁共振曲线的饱和及非饱和土渗透系数预测方法

专利名称：	一种基于核磁共振曲线的饱和及非饱和土渗透系数预测方法
摘要：	本发明提供一种基于核磁共振曲线的饱和土和非饱和土渗透系数预测方法。结合渗透试验和核磁共振实验对饱和土渗透比例常数kc进行标定，实现了利用饱和土的T2分布曲线预测饱和土渗透系数；对于不同含水量状态土体的非饱和渗透系数的预测，需要对这些含水量状态下的土体分别进行核磁共振实验，利用某一状态下土样的T2分布曲线预测该状态下的相对渗透系数，进而得到非饱和渗透系数的预测值。此外，本发明还提出了T2分布曲线出现缺级现象时的处理方法，提高了预测精度。本发明所述方案能够克服试验直接测定饱和土体及非饱和土体渗透系数时产生的人力和物力以及大量时间的消耗，克服了现有的渗透系数预测方法以经验法为主且预测精度较低的缺点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	湖北工业大学
发明人：	陶高梁;匡航;雷达;庄心善;胡其志;梅利芳;徐维生;赵蔚;李梓月;李奕
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910223585.6
公开号：	CN109932382A
代理机构：	武汉开元知识产权代理有限公司
代理人：	王和平;张继巍
分类号：	G01N24/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N24
申请人地址：	430068 湖北省武汉市洪山区南李路28号
主权项：	1.一种基于核磁共振曲线的饱和及非饱和土渗透系数预测方法，其特征在于：结合达西定律以及核磁共振曲线提出一种基于核磁共振曲线的饱和及非饱和土体渗透系数预测模型，饱和土体渗透系数和非饱和土体相对渗透系数的预测模型分别为：公式(1)为饱和土体渗透系数预测模型、公式(2)为非饱和土体相对渗透系数预测模型；式中：kc为综合渗透比例常数，对于同一土样其值为常数；T2i为核磁共振试验中测得的第i个弛豫时间，利用核磁共振试验测得的弛豫时间将土体内部孔隙按孔径大小划分为n级，θi为第i级孔隙通道充满水分的体积含水量，m为第m级孔隙通道且m＜n；由饱和土体渗透系数和非饱和土体相对渗透系数的关系，得到非饱和土体渗透系数预测模型为：kw＝kr×ks(19)；利用饱和土体渗透系数试验测得某一干密度土体的饱和土体渗透系数ks实测,将实测的饱和土体渗透系数ks实测代入公式(1)即得到该土样在该干密度下渗透比例系数kc0；对于不同干密度的同一土样，其渗透比例系数kc近似相等，因此，将kc0替换公式(1)中的kc，从而计算得到任意干密度土样的核磁共振曲线预测其饱和土体渗透系数；对非饱和土体进行核磁共振试验测得其核磁曲线，然后将T2i和θi代入公式(2)中对其非饱和土体相对渗透系数进行预测。 2.根据权利要求1所述基于核磁共振曲线的饱和及非饱和土渗透系数预测方法，其特征在于：饱和土体渗透系数预测模型公式(1)具体推导步骤为： 1)利用微观孔隙通道，水分在土中的渗流满足达西定律公式(3)：公式(3)中，q为单位渗水量；A为试样截面面积；v为渗透速度；k为土的渗透系数；J为水力梯度，J＝hw/l，l为试样的长度，hw为水头损失，hw＝hf+hj，hf为沿程损失，hj为局部水头损失；根据达西提出的沿程水头损失的通用表达式(4)：表达式(4)中，λ为沿程阻力系数，d为连通孔隙的等效孔径，一般土中水的流速较慢，常处于层流状态，其沿程阻力系数表示为公式(5)：公式(5)中，Re为雷诺数，其表达式(6)为：表达式(6)中，ρ为流体的密度，μ为粘度；由公式(4)、公式(5)及表达式(6)可得公式(7)：局部水头损失按公式(8)计算：公式(8)中，ζ为局部阻力系数，由实验确定；比较公式(7)和公式(8)，公式(7)表明沿程水头损失与渗透速度的一次方成正比，公式(8)表明局部水头损失与渗透速度的二次方成正比，故在计算中可忽略局部水头损失带来的影响，即可认为hw＝hf，则J＝hf/l，即公式(3)可得：由公式(7)、公式(9)两式得：将组成土体的所有连通孔隙通道的渗透系数k叠加起来即可得到理论饱和渗透系数为：公式(11)中，A为试样的横截面积，Ai为孔隙通道的横截面积；假设第i级孔隙通道实际长度与土样长度l比值为pi，则实际长度为pil，若相应第i级孔隙通道总体积为θiVT，其中θi为该级孔隙通道充满水分的体积含水量；由核磁共振试验测得θi的值；VT为测试土样的总体积，则相应通道的横截面面积为：假设pi为常数，将公式(12)代入公式(11)得到饱和土体渗透系数预测模型ks： 2)由Korringa、Seevers和Torrey于1962年提出的KST模型的理论可知土体孔隙结构与弛豫时间之间的关系表示为：将公式(14)整理得： d＝λρ2T2 (15) 结合公式(13)、公式(15)两式可得：令kc＝γλ2ρ22/32μpi，由公式(16)可得： 3.根据权利要求2所述基于核磁共振曲线的饱和及非饱和土渗透系数预测方法，其特征在于：用核磁共振试验对非饱和土体相对渗透系数进行预测，非饱和土体渗透系数预测模型公式(2)具体推导步骤为：假设总孔隙通道有n级，现只有第1～m级孔隙充满水，m
所属类别：	发明专利