21世紀以來,中國海綿城市建設中廣泛應用了透水混凝土路面,如何在建設后期檢測和評價透水混凝土路面的滲流能力和孔隙堵塞的機理是目前亟待解決的問題。本研究采用CT掃描技術對透水混凝土路面的內部孔隙的特征進行了表征,采用3D重構方法重構了虛擬的透水混凝土模型,并且從中提取出連通孔隙模型劃分成四面體網(wǎng)格模型,使用計算流體力學工具來模擬透水混凝土內部的滲流場。本研究還采用計算流體力學耦合離散元數(shù)值模擬(CFD-DEM)的手段來揭示透水混凝土內部的堵塞機理和過程,綜合考慮了透水混凝土的孔隙率、堵塞泥沙顆粒級配、水平徑流流速和滲流流速等因素的影響。CT掃描結合計算流體力學滲流模擬可以分析透水混凝土的目標孔隙率、實際孔隙率和3D孔隙率等參數(shù)和滲流能力。研究認為透水混凝土的3D孔隙率與平面平均孔隙率能夠代表其實際孔隙率,透水混凝土的3D連通孔隙率接近其有效孔隙率。模擬結果表明隨著透水混凝土孔隙率增加,透水混凝土的滲流能力也在不斷提高;在透水路面內的滲流速度和壓力梯度的關系應當用非達西滲流公式擬合,擬合得到的水力傳導系數(shù)(滲透系數(shù))能夠評估透水混凝土的滲流能力。透水混凝土堵塞數(shù)值模擬結果表明:本質上決定透水混凝土堵塞難易程度的因素是D1/Ds(骨料等效粒徑/堵塞顆粒等效粒徑);透水混凝土內部存在泥沙顆粒二次啟動現(xiàn)象;全級配砂能夠運移至透水混凝土內部30mm深,粗砂能夠運移至透水混凝土表面10mm深,細砂能夠運移至透水混凝土內部60mm甚至l00mm深;隨著孔隙率、水平徑流流速、滲流流速的增加,泥沙顆�？梢赃\移至透水混凝土內部更深處;降雨與排水的循環(huán)模擬對堵塞效果影響不大,相應的堵塞實驗能夠證明該CFD-DEM手段的有效性。基于以上研究本文又初步研究了滲透系數(shù)公式在透水混凝土中的可適性。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U416.2
【部分圖文】：

邊坡治理上，因為它具有透氣排水的作用，植物可以良好的生長。??透水混凝土的孔隙率在１５％－３５％之間，其高滲透性能導致強排水能力［１火??圖１－１展示了透水磚和透水混凝土材料，可見其具有良好的透水效果【１４］。除了較??大的孔隙率，透水混凝土的骨架內部存在著連通孔隙，正是這些連通孔隙發(fā)??揮著排水的作用。研究經(jīng)驗表明透水混凝土滲透系數(shù)在２－６?ｍｍ／ｓ之間，某些情??況能達到丨０ｍｍ／ｓ［１９，２Ｑ］甚至更高。為了定期檢測透水混凝土路面的各項指標，包??括滲透系數(shù)、車轍深度、結構強度、路面平整度、路面損壞情況以及路面抗滑能??力［ｍ２３］，行業(yè)內興起了許多先進的設備。而孔隙特征是決定透水混凝土滲流??能力的關鍵因素之一，本研宄采用了先進的工業(yè)ＣＴ掃描設備來研究透水混凝土??２??

為本文的研究技術路線圖。如圖所示，本研究在課題組己，首先需要學習、開發(fā)數(shù)值模擬軟件以及文獻調研，然數(shù)值模擬試驗。在ＣＴ掃描試驗進展中，結合ＣＦＤ數(shù)值素和影響滲流的條件。在堵塞模擬試驗中，采用ＣＦＤ＿ＤＥ各種因素對透水路面堵塞的影響。最終評價了透水路面的路面顆粒運移和堵塞機理。分了六個分目標：??作透水混凝土試件并進行ＣＴ掃描實驗??維重構透水混凝土試件和孔隙模型??于三維重構孔隙模型的透水混凝土路面ＣＦＤ滲流模擬??立透水路面的離散元模型??水混凝土路面ＣＦＤ＿ＤＥＭ堵塞模擬??

流體力學和離散元方法進行耦合，模擬揭示堵塞顆粒在雨水徑流作用下在透水路??面內的運移情況。??圖１－２山東大學透水混凝土路面養(yǎng)護試驗段??圖１－３為本文的研究技術路線圖。如圖所示，本研究在課題組己有的試驗和??成果基礎上，首先需要學習、開發(fā)數(shù)值模擬軟件以及文獻調研，然后設計了?ＣＴ??掃描試驗和數(shù)值模擬試驗。在ＣＴ掃描試驗進展中，結合ＣＦＤ數(shù)值模擬分析了??孔隙結構因素和影響滲流的條件。在堵塞模擬試驗中，采用ＣＦＤ＿ＤＥＭ數(shù)值模擬??全面分析了各種因素對透水路面堵塞的影響。最終評價了透水路面的滲流能力，??揭不了透水路面顆粒運移和堵塞機理。?．??據(jù)此本文劃分了六個分目標：??（１）
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本文編號：2888198