Prediccin de la curva caracterstica de suelo-agua de distribucin de tamao de grano y las propiedades de masa-volumen. Murray D. Fredlund D.G. Fredlund G.W. WILSON Departamento de Ingeniera Civil Universidad de Saskatchewan Saskatoon, Sask. S7N 5A9 FAX: (306) 966-5427 EMAIL mdf128@engr.usask.caRESUMENEste documento presenta un mtodo para estimar la curva caracterstica de suelo-agua desde el tamao de grano curva de distribucin y las propiedades de volumen-masa. La distribucin de tamao de grano se divide en pequeos grupos de partculas de tamao uniforme. Una de las guarniciones y de porosidad suelo-agua curva caracterstica se supone para cada grupo de partculas. Las curvas caractersticas de suelo-agua incrementales son entonces suman para producir una curva caracterstica de suelo-agua final. Prediccin de la caracterstica del agua en la tierra curva de distribucin de tamao de grano permite una descripcin del comportamiento de bajo costo suelos no saturados. La curva caracterstica de suelo-agua constituye la base para el modelado de la computadora de procesos en suelos no saturados. INTRODUCCIN

Este artculo presenta un modelo para la prediccin de la curva caracterstica de agua de suelo, (SWCC), basado en la distribucin de tamao de partcula, la densidad seca, la proporcin vaca, y la gravedad especfica de un suelo. El modelo primero encaja una modificacin del Fredlund y Xing (1994) la ecuacin a la curva de distribucin de tamao de grano (la Figura 1).La curva de distribucin de tamao de grano entonces es analizada como una serie incremental de tamaos de partcula del ms pequeo al ms grande para construir una curva total caracterstica de agua de suelo. Los pequeos incrementos de partculas uniformes clasificadas son transpuestos para obtener un SWCC el representar el tamao de partcula medio. Una vez que la curva de distribucin de tamao de grano entera incrementalmente es analizada, las curvas individuales incremental caractersticas son sobrepuestas para dar el SWCC para el suelo entero. Para construir SWCC general, debe ser Asumido que el SWCC para cada tamao de partcula uniforme es relativamente nico. Tpico suelo-agua curvas caractersticas y tamao de grano las curvas de distribucin para una mezcla de arena, limo, y arcilla se obtuvieron de la soilvision (Fredlund, 1996), que contiene ms de 6000 suelos. Las curvas caractersticas de agua en la tierra fueron luego equipadas con el Fredlund. Esto proporcion una aproximacin para la curva que encaja parmetros en el Fredlund y Xing (1994) la ecuacin secreta segn el tamao de partcula dominante. Los parmetros usados en el Fredlund y Xing (1994) la ecuacin para suelos tranquilos completamente de la arena o completamente de arcilla son fciles para obtener. Suelos uniformes que contienen slo los mediados de tamaos de partcula de gama es ms difcil de obtener y por consiguiente requieren alguna valoracin. Durante el desarrollo del algoritmo para predecir el SWCC, fue decidido que la provisin debe ser hecha para el almacenaje de informacin de tamao de grano. Si la informacin de tamao de grano fuera almacenado, un mtodo de matemticamente para representar cada curva de tamao de grano debera ser encontrado. Las ventajas de los matemticos aptos seran dobles. Una curva de tamao de grano cabe la ecuacin matemtica entonces permitira a remotos cmputos para ser realizados sobre la curva. Fue razonado que una prediccin de la curva caracterstica de agua de suelo sera posible si la distribucin de tamao de grano pudiera ser apta con una ecuacin. Esta idea entonces fue puesta en prctica en forma de un algoritmo de prueba de curva de lo-menos-cuadrados que tuvo la prueba en cuenta de los datos de distribucin de tamao de grano.

Figura 1 Ajuste de la curva de tamao de grano usando una (1994) ecuacin modificada Fredlund y Xing (# 10741)

La segunda ventaja matemticamente para representar cada curva detamao de grano era que nos proporcionara los coeficientes de ndices por los cuales las curvas de tamao de grano podran ser Clasificadas. Esto permitira a la Capacidad de buscar la base de datos para suelos con curvas de tamao de grano dentro de una cinta Especificada. Esta tcnica ha probado inestimable en anlisis de sensibilidad artsticos sobre parmetros de suelo.

TEORA PARA MATEMATICAMENTE REPRESENTAR LA CURVA DE DISTRIBUCIN DE TAMAO DE GRANO

El trabajo de investigacin anterior para encajar las curvas de tamao de grano fue repasado (Wagner, 1994). La investigacin por Wagner present varias distribuciones lo normal capaces de encajar la curva de tamao de grano. El suministro de una representacin significativa de los datos de tamao de grano en los extremos demostr difcil para una distribucin normal. Debido a la semejanza entre la forma de la distribucin de tamao de grano y la forma de la curva suelo-agua Caracterstica, un acercamiento Diferente fue tomado. El Fredlund y Xing (1994) la ecuacin, que antes haba sido usada encajar datos SWCC, a condicin de que una ecuacin flexible y continua que podra ser apta por la regresin no lineal que usa tres parmetros. La ecuacin fue modificada para permitir a la prueba de curvas de tamao de grano. La ecuacin modificada, [0.1], tenido en cuenta una definicin continua apta y apropiada de los extremos de la curva.

[0.1]

Donde: Pp(d) = porcentajes de pasantes en un tamao de grano particular, dga = Ajuste de parmetro correspondiente a la rotura inicial de la curva De tamao de grado.gn = parmetro de ajuste que corresponde a la pendiente mxima de la Curva de tamao de grano.gm = parmetro de ajuste correspondiente a la curvatura de la curva de Tamao de grano.d = dimetro de partcula (mm)dr = dimetro de partcula residual (mm)dm = dimetro de partcula mnimo (mm)

TEORA DE PREDICCIN DE LA CARACTERSTICA DEL SUELO-AGUA CURVA DESDE EL TAMAO DE GRANO DISTRIBUCIN

El ataque matemtico de la distribucin de tamao de grano condujo al desarrollo de un algoritmo capaz de predecir la curva caracterstica de agua de suelo. Una revisin de investigacin corriente mostr que uno de dos accesos tpicamente era tomado en la prediccin de la curva caracterstica de agua de suelo de grainsize.El primer acercamiento implica una valoracin estadstica de propiedades que describen el SWCC del tamao de grano y propiedades de masas de volumen (Gupta, 1979; Ahuja, 1985; Ghosh; 1980; Aberg, 1996) apareci que un acercamiento terico al problema con esperanza proporcionara predicciones superiores. El segundo acercamiento era terico e implic la conversin de la distribucin de tamao de grano a una distribucin de tamao de poro que entonces fue desarrollada en un SWCC (Arya, 1981). Esta investigacin fue duplicada y comparada a datos experimentales. Encontraron la dificultad en la generacin de SWCC razonable a lo largo de la gama entera. Curvas predichas caractersticas de agua de suelo tpicamente mostraban "jorobas" anormales y se cayeron al contenido cero volumtrico de agua mucho antes de que los datos experimentales fueran completamente desaturated (la Figura 2).

3er Simposio Brasileo de suelos no saturados, Ro de Janeiro, Brasil, 22 hasta 25 abril 1997

Figura 2 Ilustracin de anomalas relacionadas con la prediccin de SWCC de la distribucin de tamao de poro.

Proponen un nuevo acercamiento prrafo predecir la curva caracterstica de agua de suelo de la curva de distribucin de tamao de grano. Fue asumido que un suelo compuesto completamente de un tamao de partcula uniforme, homognea tendra una curva nica caracterstica de agua de suelo. Saban la forma del SWCC prrafo la playa pura, lgamos puros y arcillas puras. Usando un anlisis mejor apto estafan Fredlund el-y Xing (1994) la ecuacin, tres parmetros fue calculada el prrafo cada tipo de suelo.Entonces fue asumido que estos parmetros podran ser asociados con un tamao de partcula dominante sobre el argumento de tamao de grano. Confirmaron la unicidad de los parmetros de suelo preguntando la base de datos visin del suelo para los argumentos 'de la n' y parmetros 'de m' contra la arena de por ciento, el lgamo, y la arcilla de un suelo. Fue supuesto que como un suelo tendi hacia la uniformidad, 'la n' y los parmetros 'de m' mostraran una tendencia hacia un valor particular. Los tamaos de partcula que se caen entre arcillas puras, lgamos puros y la playa pura entonces fueron acercados. Esto caus la produccin de dos argumentos, un para el parmetro 'de n', y un para el parmetro 'de m'. Estos argumentos describieron la variacin en 'la n' y parmetros 'de m' con el tamao de grano. Esta n permitida y parmetros de m para ser estimados para cualquier suelo tranquilo de partculas de dimetro uniformes.La curva de distribucin de tamao de grano puede ser separado en las pequeas divisiones de partculas de suelo uniformes. Comenzando en el tamao de dimetro ms pequeo, una porosidad que hace las maletas fue estimada (Harr, 1977) para cada divisin y una curva caracterstica de agua de suelo estimada como mostrado en la Figura 3. Las curvas divisionales caractersticas de agua de suelo entonces pueden ser sumadas comenzando con el tamao de partcula ms pequeo y siguiendo hasta que el volumen de espacio de poro sea igual a l del suelo entero heterogneo. El resultado es una curva tericamente predicha caracterstica de agua de suelo.

3er Simposio Brasileo de suelos no saturados, Ro de Janeiro, Brasil, 22 hasta 25 abril 1997

Figura 3 divisiones pequeas de tamao de las partculas que se utilizan para construir completa SWCC

APLICACIN DE LA SWCC PREDICCIN EN SOILVISION

La Informacin relevante a la descripcin de la distribucin grainsize es organizada en una forma sola en el sistema SoilVision basado en conocimientos. La figura 4 muestra la forma de tamao de grano para el sistema basado en conocimientos. Requieren que dos pginas presenten la informacin. La primera pgina contiene parmetros que controlan el ataque del tamao de grano, el dimetro de partcula ms pequeo, el error entre los datos aptos y datos experimentales, el error entre SWCC predicho y datos experimentales datos predichos y experimentales, y los mostradores que Tienen acceso suele identificar registros individuales. Pagine el que tambin contiene el campo de porosidad que hace las maletas que controla la prediccin de la curva caracterstica de agua de suelo. Pagine dos demostraciones la ecuacin sola encajar los datos experimentales as como puntos de datos experimentales y puntos de datos generados sobre la mejor curva apta. La figura 5 muestra la segunda pgina de la forma de distribucin de tamao de grano. El jefe sobre la forma permite para un nmero de funciones provechosas y algoritmos. Si los datos de suelo consisten en el % Grueso, el % la Arena, el % el Lgamo, %Clay o D10, D20, D30, D50, o datos D60 en la pgina dos de la forma de suelo principal, presionando un botn convertir estos datos en puntos experimentales a lo largo del grfico de distribucin de tamao de grano. Una vez que datos experimentales son obtenidos, presionando la Curva Apta! iniciar el algoritmo de regresin lineal que va a mejor apto la ecuacin a datos experimentales. Los resultados de los los aptos pueden ser vistos por presionando el Grfico! el botn y una curva caracterstica de agua de suelo pueden ser predichos por presionando SWCC Predecir... el botn.

3er Simposio Brasileo de suelos no saturados, Ro de Janeiro, Brasil, 22 hasta 25 abril 1997

Figura 4 pgina una de las formas de distribucin de tamao de grano. Figura 5 Pgina dos de la forma de distribucin de tamao de grano

CONCLUSIONES

Fredlund adaptado de nuevo y Xing (1994) la ecuacin producen un ataque satisfactorio de la distribucin de tamao de grano. La figura 3 muestra que los datos experimentales pueden ser aptos con un error mnimo. Una curva buena el ataque de la curva de tamao de grano es esencial para la prediccin de una curva razonable caracterstica de agua de suelo. El tamao de partcula mnimo tambin fue encontrado para tener una influencia sobre la prediccin de la prediccin de curva caracterstica de agua de suelo. Si el mnimo la variable de tamao de partcula era demasiado baja, la superabundancia de partculas de tamao de arcilla woul domina la prediccin. Si el tamao de partcula mnimo fuera demasiado alto, una ausencia de ms pequeas partculas causara el suelo que se deseca antes de tiempo. La prediccin de curva caracterstica de agua de suelo de la distribucin de tamao de grano fue encontrada para ser en particular exacta para la playa, y razonablemente exacta para lgamos. Las arcillas, tills y margas eran ms difciles de predecir aunque la exactitud del algoritmo de prediccin aparece ser razonable. Los resultados tendieron a ser sensibles a la porosidad que hace las maletas y requieren ms investigacin en cuanto a esto. Los suelos con datos experimentales tanto para la curva de tamao de grano como para la curva caracterstica de agua de suelo fueron extrados de la base de datos. Los resultados de comparaciones entre datos experimentales y predichos pueden ser vistos en la Figura 6, la Figura 7, la Figura 8, la Figura 9, la Figura 10, la Figura 11, la Figura 12, y la Figura 13.