不同骨料施工工艺对无砂混凝土板透水能力的影响研究

发布时间：2017-09-28 19:01

  本文关键词：不同骨料施工工艺对无砂混凝土板透水能力的影响研究

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【摘要】：无砂混凝土板渗流取水作为一种取水技术,它是由河道引水结合地下水开发而提出的,运用该技术取水可以满足一定的水量需求,而且对水源能起到一定程度的过滤效果。在实际工程中,大部分渗流取水不是通过无砂混凝土板这种单一介质来进行的,而是由多种介质组成的透水层来进行取水。长时间的工程实践和试验证实,外界水甚至是含沙水流会通过混凝土板内部的孔隙和裂缝以扩散和渗透的方式进入混凝土板的内部或者在无砂混凝土板上淤积,从而导致混凝土板的渗透性能劣化,严重影响混凝土板的渗流取水效率和耐久性,本课题就是以此为出发点,研究三种不同粒径的骨料及不同的骨料铺设顺序对无砂混凝土板透水能力的影响。本文以山西省实际工程“辛安泉取水工程”作为课题来源,通过试验和数值模拟相结合的研究方法,重点在工作水头、骨料的粒径和骨料的铺设顺序等方面,研究无砂混凝土板和骨料组成的多孔介质的渗流规律以及不同骨料施工工艺对无砂混凝土板透水能力的影响。通过研究,得出以下结论:(1)分析了无砂混凝土板的容重、工作水头与无砂混凝土板渗流量的关系,结果表明工作水头越大,无砂混凝土板的渗流量就越大,而容重越大,无砂混凝土板的渗流量就越小。(2)分析了单一骨料、两种骨料、三种骨料对无砂混凝土板透水能力的影响,结果表明骨料的粒径越大,其对无砂混凝土板透水能力的影响就越小;对于同一块无砂混凝土板,骨料的铺设顺序对无砂混凝土板透水能力有影响,骨料粒径沿渗流方向越大时,其对无砂混凝土板透水能力的影响就越小。(3)在本文研究的各个工况下,水流的渗流特性都为层流到紊流的过渡区;而且通过数据拟合,得到了各种工况下的无砂混凝土板每平方米每日的渗流集水流量与工作水头的关系式。(4)采用量纲分析法,建立了无砂混凝土板与骨料组成的渗流系统中渗流时的渗流量方程。(5)采用R语言,分析了渗流量与无砂混凝土板的容重、工作水头、骨料的粒径、骨料的铺设顺序的相关性,并通过多元回归分析对影响无砂混凝土板透水能力的容重、工作水头、粒径进行了分析,得出了无砂混凝土板的容重对其影响最大,其次是骨料的粒径,最后是工作水头。(6)采用Fluent多孔介质模型,对无砂混凝土板和骨料组成的渗流系统中的渗流进行了数值模拟,研究了水流在渗流系统中的压力变化,并对数值模拟计算结果与物理模型试验结果进行了对比分析,得出了其最大误差为4.87%,最小误差为0.58%。本文的研究成果为骨料和无砂混凝土板渗流取水提供一定的理论依据,同时对实际水利工程中如何在无砂混凝土板上铺设骨料能达到设计所需的流量具有一定的参考价值。
【关键词】：无砂混凝土板 骨料 透水能力 回归分析 数值模拟
【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】：TV544
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 选题背景及意义14-15
• 1.2 渗流理论的研究进展15-17
• 1.2.1 渗流力学的介绍15
• 1.2.2 达西渗流与非达西渗流15-16
• 1.2.3 现代渗流力学的发展16-17
• 1.3 渗流取水技术的研究进展17-18
• 1.3.1 国内发展现状17
• 1.3.2 国外发展现状17
• 1.3.3 渗流取水技术的相关问题17-18
• 1.4 无砂混凝土板的研究进展18-19
• 1.4.1 国外对无砂混凝土板透水性能的研究18
• 1.4.2 国内对无砂混凝土板透水性能的研究18-19
• 1.5 骨料的研究进展19-20
• 1.5.1 骨料的介绍19
• 1.5.2 骨料以及骨料对混凝土的影响的研究19-20
• 1.6 数值模拟与多孔介质渗流模拟研究进展20-21
• 1.6.1 数值模拟研究进展20
• 1.6.2 多孔介质渗流模拟研究进展20-21
• 1.7 本文主要研究内容及技术路线21-24
• 1.7.1 研究内容21-22
• 1.7.2 技术路线22-24
• 第二章 试验系统设计24-32
• 2.1 系统的制造与安装24-27
• 2.1.1 试验系统装置24-27
• 2.1.2 试验流程27
• 2.2 系统的测量设备27
• 2.3 试验材料27-28
• 2.4 试验方案28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 无砂混凝土板渗透特性试验研究32-54
• 3.1 无砂混凝土板的容重与无砂混凝土板渗流量的关系32-34
• 3.1.1 试验结果32-34
• 3.1.2 集水能力及公式34
• 3.2 单一骨料对无砂混凝土板的透水能力的影响34-37
• 3.3 三种骨料两两排列组合分布对无砂混凝土板透水能力的影响37-42
• 3.3.1 试验结果37-41
• 3.3.2 集水能力及公式41-42
• 3.4 三种骨料全排列组合分布对无砂混凝土板的透水能力的影响42-47
• 3.4.1 试验结果42-46
• 3.4.2 集水能力及公式46-47
• 3.5 量纲分析法建立渗流量方程47-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第四章 无砂混凝土板渗流量影响因素综合分析54-62
• 4.1 骨料的粒径对无砂混凝土板透水能力影响的对比分析54
• 4.2 骨料的铺设顺序对无砂混凝土板透水能力影响的对比分析54-56
• 4.3 利用R语言多元线性回归56-60
• 4.3.1 R语言简介56-57
• 4.3.2 自变量与因变量的相关性分析57-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 无砂混凝土板渗透特性数值模拟结果分析62-70
• 5.1 数值计算软件简介62-63
• 5.1.1 GAMBIT软件简介62
• 5.1.2 FLUENT软件简介62
• 5.1.3 基本控制方程62-63
• 5.1.4 本文Fluent的求解过程63
• 5.2 模型的建立和网格的划分63-64
• 5.2.1 3D模型的建立63-64
• 5.2.2 划分网格以及边界条件类型的指定64
• 5.3 Fluent软件中的计算步骤和参数选取64-67
• 5.4 模拟结果与分析67-69
• 5.4.1 渗流系统中压力分布云图67
• 5.4.2 物理模型与数值模拟结果对比分析67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 结论与建议70-74
• 6.1 结论70-71
• 6.2 建议71-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-82
• 硕士期间的主要情况82
• 1. 硕士期间发表的论文82
• 2. 硕士期间的科研经历82
• 3. 硕士期间参加的实践项目82

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本文编号：937502