新疆地下集水工程渗滤系统淤堵细观机理研究

发布时间：2017-10-21 12:35

  本文关键词：新疆地下集水工程渗滤系统淤堵细观机理研究

  更多相关文章： 基土-滤层 层间系数 渗滤系统 自反滤效应 颗粒流

【摘要】：基于离散元基本理论,利用PFC3D程序内置的fish语言编程并建立充分考虑流固耦合效应的基土-滤层渗流模型,并在一定的水力梯度下对均匀级配基土、间断级配基土、连续级配基土进行不同层间系数下的基土-滤层渗透数值模拟试验。试验过程中监测了渗滤系统中基土、滤层及两者界面处的孔隙率、渗透率,基土流失量及侵蚀基土颗粒在滤层各层的滞留量等参数随渗流作用时间的演化过程,并以此评估不同层间系数下各渗滤模型的保土性、透水性和防淤性等特性,以期得出适用于地下集水工程滤料设计的层间系数范围及其渗滤系统淤堵的细观机理。结果表明:(1)地下集水工程渗滤系统主要会发生两种淤堵,一种是界面处细粒聚集造成的“滤饼”淤堵,另外一种是,选择的滤料过粗时大量基土细粒穿过滤层造成的集水廊道淤堵。渗滤系统是否发生淤堵以及发生何种淤堵主要取决于基土级配的特点以及层间系数的取值。(2)对于均匀级配基土,大部分基土颗粒参与构成骨架结构,细粒不会在渗流力作用下沿骨架颗粒间隙迁移。当界面处基土颗粒流失之后,基土颗粒移动表现为整体向下游移动。对于均匀的滤料,当层间系数D15/d85≤5时,渗滤系统不仅可保持稳定,而且透水功能良好。(3)对于连续级配基土,基土细粒在基土中移动困难,且层间系数合适时,该基料具有较好的自滤能力,在界面处滞留的粗粒和稍粗细粒,不仅可阻止上游细粒向下游流失,也会形成透水性稍大的架空结构。该情况下,层间系数D15/d85*小于2.3时,界面处发生滤饼淤堵;D15/d85*介于2.3~4.3之间时,基土的自滤效果和渗滤系统的透水功能均较好。(4)对于间断宽级配基土,级配曲线水平段以上部分为粗粒,以下部分为细粒,粗粒构成骨架结构,细粒填充粗粒间孔隙。中间粒径缺失致使细粒可在渗流力的作用下在骨架颗粒间自由穿梭。此特点决定了,D15/d85*5时,界面处发生滤饼淤堵;D15/d85*6时,大量基土细粒穿透滤层,淤积集水廊道;仅当D15/d85*介于5~6之间时,渗滤系统在流失部分基土颗粒后保持稳定,并且具有良好的透水功能。
【关键词】：基土-滤层 层间系数 渗滤系统 自反滤效应 颗粒流
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV139.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 地下取水技术研究现状9-11
• 1.2.2 滤层准则研究现状11-12
• 1.3 研究的主要内容12-13
• 第2章 离散单元法的基本理论13-16
• 2.1 离散元法的基本思想13-14
• 2.2 离散单元法的发展现状14
• 2.3 颗粒流（PFC）的应用领域及其基本假定14-16
• 第3章 PFC流固耦合颗粒流分析模型16-20
• 3.1 固相运动方程16-18
• 3.2 液相流动方程18-19
• 3.3 固液耦合方程及PFC程序的计算流程19-20
• 第4章 均匀基土 滤层渗滤系统的颗粒流模拟20-30
• 4.1 数值试验过程20-22
• 4.1.1 均匀基土-滤层渗滤系统数值模型20-21
• 4.1.2 数值模型的建立及试验过程21-22
• 4.2 均匀基土对应数值模型试验结果分析22-28
• 4.2.1 不同层间系数对应的渗滤系统中基土颗粒的移动状态22-24
• 4.2.2 不同层间系数下渗滤系统水力特性分析24-28
• 4.3 本章小结28-30
• 第5章 连续级配基土 滤层渗滤系统的颗粒流模拟30-41
• 5.1 数值试验过程30-32
• 5.1.1 连续级配基土-滤层渗滤系统数值模型的建立30-31
• 5.1.2 数值模型的建立及试验过程31-32
• 5.2 连续级配基土对应数值模型试验结果分析32-39
• 5.2.1 不同层间系数对应的渗滤系统中基土颗粒的移动状态33-35
• 5.2.2 不同层间系数下渗滤系统水力特性分析35-39
• 5.3 本章小结39-41
• 第6章 间断级配基土 滤层渗滤系统的颗粒流模拟41-58
• 6.1 数值试验过程41-44
• 6.1.1 间断级配基土-滤层渗滤系统数值模型的建立41-43
• 6.1.2 数值模型的建立及试验过程43-44
• 6.2 基土1对应数值模型试验结果分析44-49
• 6.2.1 不同层间系数对应的渗滤系统中基土颗粒的移动状态44-45
• 6.2.2 不同层间系数下渗滤系统水力特性分析45-49
• 6.3 基土2对应数值模型试验结果分析49-55
• 6.3.1 不同层间系数对应的渗滤系统中基土颗粒的移动状态49-50
• 6.3.2 不同层间系数下渗滤系统水力特性分析50-55
• 6.4 粒径缺失区间颗粒在渗流的过程中的作用分析55-56
• 6.5 本章小结56-58
• 第7章 工程实例分析58-63
• 7.1 失效工程案例分析58-61
• 7.1.1 工程概况58-59
• 7.1.2 失效原因分析59-61
• 7.2 工程有效案例分析61-63
• 7.2.1 工程概况61-62
• 7.2.2 工程有效原因分析62-63
• 第8章 结论63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 作者简历69

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本文编号：1073412