不同粒径均值碎石的渗透特性研究

发布时间：2017-04-01 17:12

  本文关键词：不同粒径均值碎石的渗透特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碎石是由天然岩石或者矿石经机械破碎、筛分,得到的一种粒径相对比较均匀的颗粒材料,广泛应用于各建筑行业中。从物理形态和性质上来讲,碎石是一种无粘性的大粒径颗粒土,与小粒径颗粒土相比,具有透水性强、承载力高、沉陷变形小等工程优点。所以碎石在现实生活、生产中的应用愈发广泛,不仅在铁路和公路路基、堆石坝、渗渠取水工程以及土石坝工程中应用广泛,而且在作为反滤层用料、地基处理用料等方面,碎石也占据了很大的比重。因此,为了使碎石的渗透性能在实际工程中的应用更加方便,需要结合工程实际,建立水工模型,专门对碎石渗流的各项水力特性进行研究。本文结合碎石在实际工程中的应用,通过建立模型试验系统,调节不同的工作水头,对不同粒径的均值碎石的渗透情况进行研究,通过研究,得到以下结论:1、碎石介质所承受的工作水头越大,其渗流量就越大,但是随着工作水头的进一步增大,渗流流量逐渐趋于平稳;碎石渗流流量与碎石粒径呈负相关关系,碎石粒径越大,同一工作水头下,其渗流流量也就越大。2、将碎石渗流流量与所承受的工作水头关系转换为碎石渗流时的渗流流速与水力坡降的关系,分析碎石粒径对其水力坡降的影响,得到碎石粒径与水力坡降的大小呈负相关关系,碎石粒径越小,在渗流过程中其水力坡降就越大。引入水力半径R对其原因进行分析,水力半径越大,说明水流在渗流过程中受到的阻力就越大,其水力坡降也就越大,经分析计算得到:碎石的粒径越小,整个渗透介质中的水力半径也就越大,所以在渗流过程中水力坡降是随着碎石粒径的减小而逐渐增大的。3、对于粒径D=1cm的碎石渗流来说,整个渗流试验过程中的流态变化是先层流,然后进入到层流向紊流的过渡区,随着渗流流速的增大,最后才会进入完全紊流流态;对于碎石粒径D=2cm的渗流来说,在渗流过程中,渗流流态由层流向紊流的过渡区迅速转化为紊流;而对于粒径为D=5cm的碎石渗流来说,整个渗流过程渗流流态都是完全紊流。4、利用量纲分析法得到一个碎石渗流渗流量与工作水头的经验公式:,使用Origin软件,结合实际渗流试验,考虑到影响渗流坡降的各个因素,结合量纲分析法,对试验数据进行拟合,得到了一个适用于本试验的均值碎石渗流的J~v关系经验公式:j=39.85d~(-2)n~(-3.53)g~(-1)vv+1.05d~(-1)n~(3.26)gv~2,通过对其适用性、合理性进行验证,得到该方程精度较高,可以相对精确的计算碎石渗流的水力坡降和渗流速度,较为合理的描述了碎石渗流时的渗流过程。5、利用SPSS数据处理软件,建立多元线性回归方程,对影响碎石渗流的几个因素进行了影响程度分析,得出了影响程度由大到小分别为渗透介质的孔隙率、工作水头、水的运动粘度。本文的研究结论对碎石在实际工程中的应用以及进一步的研究碎石渗流有着重要的参考价值。
【关键词】：均值碎石 不同粒径 渗透特性 渗流流态 非线性渗流方程
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV139.1
【目录】：

• 摘要3-6
• abstract6-11
• 符号说明11-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 研究背景及意义13-17
• 1.1.1 研究背景13-16
• 1.1.2 研究意义16-17
• 1.2 国内外研究进展17-26
• 1.2.1 碎石研究及应用研究进展17
• 1.2.2 渗流理论的研究进展17-24
• 1.2.3 渗透介质渗透系数的研究进展24-26
• 1.3 本文研究内容及技术路线26-29
• 1.3.1 本文的研究内容26-27
• 1.3.2 技术路线图27-29
• 第二章 试验方案29-37
• 2.1 试验方案29-31
• 2.1.1 具体试验方案及试验流程29-30
• 2.1.2 不同粒径的均值碎石的孔隙率的测定30-31
• 2.1.3 试验步骤31
• 2.2 试验装置介绍31-37
• 第三章 碎石渗流的水力特性研究37-63
• 3.1 渗流流量与工作水头的关系37
• 3.2 粒径对渗流流量的影响37-38
• 3.3 渗流流量变化率与工作水头的关系38-40
• 3.4 碎石渗流时的渗流流态40-46
• 3.5 碎石粒径对水力坡降的影响46-49
• 3.6 三种粒径碎石渗透介质的渗透系数K和渗流率k49-50
• 3.7 建立碎石渗流方程50-61
• 3.7.1 均值碎石渗流流量Q与工作水头H的方程50-55
• 3.7.2 均值碎石渗流时坡降J与速度v的经验公式55-61
• 3.8 本章小结61-63
• 第四章 渗流量影响因素程度分析63-67
• 第五章 结论及建议67-69
• 5.1 结论67-68
• 5.2 建议68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 硕士期间主要发表论文和参与项目研究情况75

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本文编号：280989