透水混凝土路面渗流与堵塞数值模拟

发布时间：2020-11-18 01:56

　　 21世纪以来,中国海绵城市建设中广泛应用了透水混凝土路面,如何在建设后期检测和评价透水混凝土路面的渗流能力和孔隙堵塞的机理是目前亟待解决的问题。本研究采用CT扫描技术对透水混凝土路面的内部孔隙的特征进行了表征,采用3D重构方法重构了虚拟的透水混凝土模型,并且从中提取出连通孔隙模型划分成四面体网格模型,使用计算流体力学工具来模拟透水混凝土内部的渗流场。本研究还采用计算流体力学耦合离散元数值模拟(CFD-DEM)的手段来揭示透水混凝土内部的堵塞机理和过程,综合考虑了透水混凝土的孔隙率、堵塞泥沙颗粒级配、水平径流流速和渗流流速等因素的影响。CT扫描结合计算流体力学渗流模拟可以分析透水混凝土的目标孔隙率、实际孔隙率和3D孔隙率等参数和渗流能力。研究认为透水混凝土的3D孔隙率与平面平均孔隙率能够代表其实际孔隙率,透水混凝土的3D连通孔隙率接近其有效孔隙率。模拟结果表明随着透水混凝土孔隙率增加,透水混凝土的渗流能力也在不断提高;在透水路面内的渗流速度和压力梯度的关系应当用非达西渗流公式拟合,拟合得到的水力传导系数(渗透系数)能够评估透水混凝土的渗流能力。透水混凝土堵塞数值模拟结果表明:本质上决定透水混凝土堵塞难易程度的因素是D1/Ds(骨料等效粒径/堵塞颗粒等效粒径);透水混凝土内部存在泥沙颗粒二次启动现象;全级配砂能够运移至透水混凝土内部30mm深,粗砂能够运移至透水混凝土表面10mm深,细砂能够运移至透水混凝土内部60mm甚至l00mm深;随着孔隙率、水平径流流速、渗流流速的增加,泥沙颗粒可以运移至透水混凝土内部更深处;降雨与排水的循环模拟对堵塞效果影响不大,相应的堵塞实验能够证明该CFD-DEM手段的有效性。基于以上研究本文又初步研究了渗透系数公式在透水混凝土中的可适性。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U416.2
【部分图文】：

边坡治理上，因为它具有透气排水的作用，植物可以良好的生长。??透水混凝土的孔隙率在１５％－３５％之间，其高渗透性能导致强排水能力［１火??图１－１展示了透水砖和透水混凝土材料，可见其具有良好的透水效果【１４］。除了较??大的孔隙率，透水混凝土的骨架内部存在着连通孔隙，正是这些连通孔隙发??挥着排水的作用。研究经验表明透水混凝土渗透系数在２－６?ｍｍ／ｓ之间，某些情??况能达到丨０ｍｍ／ｓ［１９，２Ｑ］甚至更高。为了定期检测透水混凝土路面的各项指标，包??括渗透系数、车辙深度、结构强度、路面平整度、路面损坏情况以及路面抗滑能??力［ｍ２３］，行业内兴起了许多先进的设备。而孔隙特征是决定透水混凝土渗流??能力的关键因素之一，本研宄采用了先进的工业ＣＴ扫描设备来研究透水混凝土??２??

为本文的研究技术路线图。如图所示，本研究在课题组己，首先需要学习、开发数值模拟软件以及文献调研，然数值模拟试验。在ＣＴ扫描试验进展中，结合ＣＦＤ数值素和影响渗流的条件。在堵塞模拟试验中，采用ＣＦＤ＿ＤＥ各种因素对透水路面堵塞的影响。最终评价了透水路面的路面颗粒运移和堵塞机理。分了六个分目标：??作透水混凝土试件并进行ＣＴ扫描实验??维重构透水混凝土试件和孔隙模型??于三维重构孔隙模型的透水混凝土路面ＣＦＤ渗流模拟??立透水路面的离散元模型??水混凝土路面ＣＦＤ＿ＤＥＭ堵塞模拟??

流体力学和离散元方法进行耦合，模拟揭示堵塞颗粒在雨水径流作用下在透水路??面内的运移情况。??图１－２山东大学透水混凝土路面养护试验段??图１－３为本文的研究技术路线图。如图所示，本研究在课题组己有的试验和??成果基础上，首先需要学习、开发数值模拟软件以及文献调研，然后设计了?ＣＴ??扫描试验和数值模拟试验。在ＣＴ扫描试验进展中，结合ＣＦＤ数值模拟分析了??孔隙结构因素和影响渗流的条件。在堵塞模拟试验中，采用ＣＦＤ＿ＤＥＭ数值模拟??全面分析了各种因素对透水路面堵塞的影响。最终评价了透水路面的渗流能力，??揭不了透水路面颗粒运移和堵塞机理。?．??据此本文划分了六个分目标：??（１）
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本文编号：2888198