粗粒石铺设特征对渗透特性影响的试验研究

发布时间：2017-10-14 06:07

  本文关键词：粗粒石铺设特征对渗透特性影响的试验研究

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【摘要】：从广义上来讲,粗粒石是一种无粘性的粗粒土,由于其具有强度高、孔隙率大、透水性强、沉陷变形小、承载力高等工程特性,不仅承担着堆石体的主要组成部分,而且在铁路和公路路基、堆石坝、以及渗渠反滤层等工程中得到广泛的应用,已经成为水利、土木工程中不可或缺的建筑材料。 粗粒石的铺设在施工过程中,较多的用于提高地基强度,支撑上部构件,同时排出地下水,从而减少地下水对上部构造的危害,因此,研究其渗透特性是工程实际中一个关键的课题,而且重点在于研究粗粒石体的透水性,而不是抗渗性。如何使铺设的粗粒石体达到设计渗透能力是工程设计中必须解决的问题。因此,应深入研究粗粒石铺设特征对其渗透特性的影响。 粗粒石是由大小不等、性质不一的颗粒机械组合而成的散粒体,由于颗粒大小相差悬殊、组成分散、不均匀系数较大、性能复杂等不确定性因素的影响,导致无法单独对影响粗粒石渗透性的各个因素进行定量化研究,为了更深入的把握粗粒石的渗透特性,本文针对在工程应用中较多的5mm、20mm、60mm的粗粒石体作为研究对象,通过模型试验和理论分析,重点在粗粒石粒径、铺设厚度、压实性能、容重以及承压水头等方面,展开对粗粒石渗透特性的试验研究,取得了以下几点结论： 1.通过渗透模型理论,在水流入渗连续性的基础上,应用几何学原理,初步推导出粗粒石介质渗流量公式：公式表明,粗粒石介质渗流量与其孔隙率、粒径以及铺设厚度有关。 2.水流在粗粒石内部流态均为非层流渗流。在人工松填情况下,d=5mm的粗粒石在稳定入渗时，流态趋于层流到紊流的过渡段，但接近层流；铺设厚度的增加对其流态影响不大；若选定某一厚度重复振捣加料形成不同容重，则容重的增加对粗粒石渗流流态影响较大，流态从完全紊流逐渐趋于过渡流，当容重增加到某一值时，粗粒石渗流流态将趋于层流；对于d=20mm及d=60mm的粗粒石在稳定入渗时，渗流流态为完全紊流，随着容重的增大到某一值，流态也会趋于层流。 3.采用Forehheimer提出的非线性渗透定律，选定同一渗透路径，采用最小二乘法对三种粗粒石的层流系数a和紊流系数b进行求解确定，求得该工况下的平均渗透系数，进而得到三种粗粒石各自渗透规律方程。 4.在单一参数变化条件下，运用相关分析及回归分析理论，分别建立了承压水头、粒径、厚度、容重与渗流量之间关系，并且采用多种压实方式，说明了压实性能对渗流量的影响，从而把渗流量与粗粒石宏观的铺设特征结合起来。结果表明，承压水头越大、粗粒石粒径越大，粗粒石的渗流量就越大，而厚度越大，容重越大，粗粒石的渗流量就越小，在此基础上，得到了使得粗粒石渗流量近乎为零时的临界铺设厚度及容重，并拟合得到了临界铺设厚度及容重与承压水头之间的对应关系曲线，为实际工程提供参考。同时采用标准回归系数法及Spss回归分析软件，对影响粗粒石渗流量的承压水头、粒径和铺设厚度进行了程度分析，，发现承压水头对粗粒石渗流量的影响最大，粗粒石粒径影响次之，粗粒石的铺设厚度影响最小。 5.采用量纲分析的方法，建立了粗粒石稳定渗流时的渗流量方程Q=H52g12，提出渗流系数，分析了渗流系数与承压水头、粗粒石粒径、铺设厚度以及容重等各影响因素之间的关系，在此基础上，拟合得到各个工况下的f(H)，并验证其准确性。 本文的研究成果对进一步研究粗粒石铺设特征对其渗透特性的影响具有重要的参考价值，同时对工程实际中关于粗粒石的应用提供了理论依据。
【关键词】：粗粒石 铺设特征 非线性渗透特性 回归分析 量纲分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV139.1
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 研究的目的及意义14
• 1.2 粗粒土的分类及研究状况14-18
• 1.2.1 水利部颁布的分类标准15-17
• 1.2.2 建设部颁布的分类标准17-18
• 1.3 粗粒土渗透特性研究进展18-21
• 1.4 粗粒土渗透系数测定模型研究进展21-25
• 1.5 本文研究的主要内容及技术路线25-28
• 1.5.1 主要内容25-26
• 1.5.2 技术路线26-28
• 第二章 粗粒石渗透特性的机理研究28-34
• 2.1 影响粗粒石渗透性因素28-31
• 2.2 粗粒石渗透机理理论分析31-33
• 2.2.1 渗流模型31
• 2.2.2 粗粒石渗透相关因素分析31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 粗粒石渗透试验设计34-44
• 3.1 试验系统流程设计34-37
• 3.1.1 系统的制造与安装35-36
• 3.1.2 系统的测量设备36-37
• 3.2 试验方案37-42
• 3.2.1 试验总体设计37
• 3.2.2 粗粒石初始孔隙率测定37-38
• 3.2.3 粗粒石的压实性对渗流特性影响的试验方案38-39
• 3.2.4 粗粒石容重对渗流特性影响的试验方案39-40
• 3.2.5 粗粒石粒径对渗流特性影响的试验方案40-41
• 3.2.6 粗粒石厚度对渗流特性影响的试验方案41
• 3.2.7 试验过程41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 粗粒石渗透特性研究44-74
• 4.1 相关分析的理论基础44-46
• 4.2 回归分析的理论基础46-47
• 4.3 试验数据的综合分析47-60
• 4.3.1 渗流形态的判断47-49
• 4.3.2 非线性流渗透规律的研究49-54
• 4.3.3 承压水头与渗流量的关系54-55
• 4.3.4 粗粒石粒径与渗流量的关系55-56
• 4.3.5 粗粒石厚度与渗流量的关系56-57
• 4.3.6 粗粒石容重与渗流量的关系57-59
• 4.3.7 粗粒石的压实性对渗流特性影响分析59-60
• 4.4 量纲分析建立渗流量方程60-66
• 4.5 粗粒石渗流量影响因素程度分析66-71
• 4.5.1 分析原理66-67
• 4.5.2 粗粒石渗流量影响因素程度分析67-68
• 4.5.3 利用 SPSS 软件多元线性回归68-71
• 4.6 本章小结71-74
• 第五章 结论与建议74-76
• 5.1 结论74-75
• 5.2 建议75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 攻读硕士期间发表的学术论文及参加的主要科研项目82
• 1. 攻读硕士期间发表的论文82
• 2. 攻读硕士期间参与的主要工程项目82

【参考文献】

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本文编号：1029402