1.一种利用土中水蒸发规律预测土体分维数的方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、进行土体蒸发实验得到土中水的蒸发速率Ve;
S2、以Menger海绵模型为基础,对于重量为1g的饱和土体颗粒,将孔径大于d的孔隙中的水排空所需的时间t表示为:
式中,Ve为以质量含水量的形式表示的土中水的蒸发速率,其为定值;ρw为水的密度,d为等效粒径,Va为考虑范围内岩土体的总体积,L2为考虑范围内岩土体的总尺寸;D为土壤的孔隙分维数,其为定值;V为土体中孔径大于d的孔隙的累计体积,其中V≥d;
S3、由Young-Laplace方程可以得到孔隙直径d与排出该孔隙内水分所需基质吸力 的关系如下:
式中,Ts为水的表面张力,α为土与水的表面接触角;
将公式(1)代入公式(2)中得到:S4、根据孔隙-土壤分形模型导出的非饱和土的土-水特征曲线如下:式中,w为土体的含水量,ws为土体的饱和含水量, 为土体进气值;
对公式(4)取自然对数得:
S5、土体的含水量w与累计时间t得关系为:w=ws-Vet (6);
将公式(6)代入公式(5)中得:S6、设总失水时间为Tt,则ws=VeTt,则等式(7)转化为:S7、由于Ve与D均为定值,对于任取某一t1,其对应的基质吸力由等式(3)确定,记作此时,则Ve和D应满足如下的等式:lnVe=A(3-D)+B (9),式中A,B为常数, B=lnws-ln(Tt-t)。
2.根据权利要求1所述的一种基于土中水蒸发规律预测土体分维数的方法,其特征在于,所述步骤S1中土壤蒸发实验中,水蒸发过程分为匀速排水阶段,减速排水阶段以及残余阶段,其中匀速排水阶段土体中含水量的减少速度恒定。
3.根据权利要求1所述的一种基于土中水蒸发规律预测土体分维数的方法,其特征在于,所述步骤S3中,水的表面张力Ts在25℃时取值为0.072N/m;土与水的表面接触角α计算时取值为0°。