水泥土的渗透性及其计算模型

发布时间：2020-06-03 11:19

【摘要】：本研究从“海绵城市”新概念出发,为了加快地基的透水,提出了透水水泥土,即在保证水泥土具备一定强度的前提下,对水泥土进行造孔,提高其渗透系数。并从微观角度建立渗透系数与孔径分布的分析模型,以期未来可以用于多孔介质渗透系数的调控。具体研究内容如下:(1)分析了水泥土的造孔以及强度增强技术,利用发泡技术和硫酸盐腐蚀造孔技术提高水泥土的渗透性,探究其渗透系数与强度的变化规律,讨论了两者的关系,并选取具有典型的试样进行压汞试验,探究微观孔隙结构与渗透系数和强度之间的关系。试验结果表明:泡沫水泥土的渗透系数与水泥掺入比、密度和龄期呈现负相关的关系;掺Na_2SO_4的水泥土的渗透系数与龄期呈负相关的关系,与Na_2SO_4掺量的关系为:当Na_2SO_4掺量小于7%时,其渗透系数与掺量呈负相关关系,当Na_2SO_4掺量大于等于10%时,水泥土的渗透系数变大;同时,水泥土的渗透系数与强度呈负相关的关系,渗透系数的提高会使得强度降低,反之亦然;由压汞试验得知,水泥土内部存在很多的封闭孔隙和盲端孔隙,而这些孔隙对水泥土的渗透性是没有帮助的,水泥土的渗透系数不取决于水泥土内部的孔隙体积大小,而主要取决于大孔隙(1μm)的数量(大孔隙成为死孔隙或者盲端孔隙的概率较小孔隙来得低),大孔隙占比越大,则其渗透系数较大。(2)对O.Amiri提出的多孔介质渗透系数预测的分析模型进行适当修正,并将修正后的结果与实际渗透系数预测值进行对比,得到以下结论:修正后得到的分析模型具有一定的可靠性和准确性,并且能够应用于所有形状的孔径分布中,可为多孔介质渗透系数的调控提供参考;在利用分析模型进行计算时发现忽略1μm以下的孔径,其结果比将所有的孔径带入计算的结果更加准确,更为接近真实情况。说明了在多孔介质渗流过程中,孔径低于1μm的渗流是可以忽略的;(3)利用有限元软件COMSOL Mutilphysics对多孔介质的渗流进行了分析,讨论了多孔介质的孔径、孔隙率以及固体颗粒骨架结构对渗透系数的影响,结果表明:利用压汞试验得到的平均孔径做为数值模型的孔径进行计算时,该计算结果与实际渗透系数值保持在同一个数量级,说明该方法用来计算渗透系数值具有一定的准确性;渗流过程中,渗流通道越窄(即孔径越小),渗透系数越低,但是当孔径减小到一定数值时,其渗透系数会更接近渗透系数的实测值;多孔介质的渗透系数随孔隙率的增大而增大,其主要原因是当孔隙率变大时,内部孔径也随之变大,故而引起了渗透系数的变化;多孔介质的固体颗粒骨架结构发生变化后会影响渗透系数的变化,主要的内在原因是当固体颗粒位置或大小发生变化时,扩大或者缩小了孔隙的连通性,进而影响渗透系数值。
【图文】：

研究技术路线

（a）发泡剂 （b）泡沫图 2-2 试验所用发泡剂及泡沫表 2-2 发泡剂物理化学性质项目 指标外观（25℃） 微黄色粘稠液体pH 6.5~7.5，，接近中性活性物含量% ≥30固含量% ≥35凝固点℃ ≤0泥究采用的 P.O42.5 的海螺牌普通硅酸盐水泥，通过 X 射线荧光光谱试验确及各组分含量，见表 2-3。表 2-3 水泥化学成分CaO SiO2Al2O3SO3Fe2O3 MgO 其他 烧 57.4 21.7 7.5 3.5 2.9 1.7 1.9
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43

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本文编号：2694747