MATLAB中Gardner模型拟合压实黄土SWCC的高效方法

本文主要探讨了利用MATLAB软件对压实黄土的土水特征曲线进行拟合的研究方法。土水特征曲线（SWCC）是描述土壤含水量与基质吸力之间关系的重要工具，它在理解和预测土壤的水分行为，尤其是在非饱和土如压实黄土中的渗透、抗剪强度和持水性能等方面具有重要意义。为了寻找一个既准确又简便的模型来描述压实黄土的SWCC，研究者采用了MATLAB中的lsqcurvefit、nlinfit和fminunc三种不同的函数。 首先，研究者选取了两个在土水特征曲线建模中广泛应用的模型：van-Genuchten模型和Gardner模型。van-Genuchten模型以其广泛的适用性和理论基础被广泛接受，而Gardner模型则以其相对简单的形式和较好的拟合性能受到关注。通过在压实黄土入渗试验数据集上应用这两种模型，研究人员对比了它们的拟合效果。 具体操作中，研究人员使用MATLAB的lsqcurvefit函数进行初始拟合，这是一种用于非线性最小二乘法的优化算法。然后，他们进一步使用nlinfit函数，这是一种更为灵活的非线性拟合工具，适用于各种复杂的函数关系。最后，他们选择了fminunc函数，这是一种更为精确的优化器，尤其适用于多变量的情况，以优化Gardner模型的参数。 经过细致的分析和比较，研究发现，在所研究的压实黄土SWCC范围内，fminunc函数与Gardner模型结合的效果最佳。这意味着采用Gardner模型并通过MATLAB的fminunc函数进行拟合，可以得到对压实黄土SWCC高度精确的描述。此外，平行试验数据的验证结果显示，这种拟合方法的误差控制在了10%以内，证明了其在实际应用中的可靠性。 这项研究表明，利用MATLAB的fminunc函数和Gardner模型对压实黄土的SWCC进行拟合是一种有效且准确的方法，为理解压实黄土的水分动态提供了强大的工具，对于黄土地区的公路建设和养护技术具有重要的实践指导意义。通过这种方式，科研人员能够更好地预测和控制这些工程项目的土壤湿度变化，从而提高施工效率和减少环境影响。