透水路面孔隙堵塞机理试验模拟研究
作为一种透水路面，透水混凝土内部存在大量连通孔隙而具有透水性，能使大量初期地表径流雨水穿过透水路面渗入地下。然而透水混凝土由于其多孔性能易发生堵塞，影响其透水排水功能的发挥。由于透水混凝土是由不透明的无级配粗骨料、水泥、掺和料和外加剂等拌制浇筑而成，无法观察到泥沙颗粒进入透水路面的状况，研究堵塞发展过程和堵塞机理。因此目前对其内部堵塞微观机理和影响因素的研究还相对较不完善，需要对透水路面孔隙堵塞机理深入探讨研究。 本论文创新地利用透明聚丙烯酸钠球材质小球代替不透明的透水路面，从而可以观察到“透水路面”内部实时堵塞进程，设计了透水路面堵塞试验装置，进行一系列的室内对比试验，研究揭示这一过程中透水路面结构孔隙率、水平径流流速、渗流速度和砂级配等因素所起的作用。同时本论文提出了一种将离散元方法与计算流体动力学相结合的仿真模型（即CFD-DEM模型），初步模拟了透水路面中泥沙颗粒在水流作用下的堵塞效果。试验考虑了不同工况下孔隙率、水平径流流速、渗流流速以及砂级配的影响，根据试验结果，对透水路面堵塞发展演变过程、堵塞发展速度以及透水路面堵塞稳定状态颗粒分布三个方面进行分析。通过分析堵塞颗粒在透水路面某位置处的堵塞发展演变过程，分析透水路面不同深度堵塞发展全过程，分析透水路面沿深度方向的颗粒体积占比和堵塞发展速度，统计堵塞最终稳定状态时颗粒坐标信息得到的各层堵塞颗粒占比，来研究透水路面堵塞发展状况和堵塞机理。 结果表明堵塞过程分为快速堵塞段、堵塞恢复段、缓慢堵塞段和稳定堵塞段。透水路面的堵塞发展过程最明显的变化集中在最开始的2～10s，孔隙率、水平径流速度、渗流速度、砂级配等各因素对堵塞发展过程产生不同程度的影响。砂级配对堵塞起着决定性影响，不同尺寸的砂子有着不同的堵塞机理和堵塞发展过程，同时通过CFD-DEM模型进行数值模拟初步探究，得到与试验较为一致的结论。该课题研究为透水路面孔隙堵塞预防及恢复，透水路面的优化设计和养护方案提供了一定的依据。
透水路面;孔隙堵塞机理;计算流体动力学;数值模拟
山东大学
硕士
水工结构工程
张炯
2018
中文
U416.2
84
2018-09-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）