山地城市排水管材选用及其设计参数选择研究

摘要

山地城市地面落差大，在组织排水系统方面与平原城市具有明显的差异，因特有的地理环境山地城市具备充分利用地形自然落差组织排水的优势，但是由于小区域内落差过大给排水系统的合理布置带来诸多问题，总结下来主要有以下几个特点:①山地城市与平原城市在排水系统上存在明显差异在排水管材方面要选择适合自己的排水管材;②山地城市落差大管道内流速大造成排水系统管道冲刷磨损严重。
　　我国现行《室外排水设计规范》规定金属管道设计流速为10m/s;非金属管道设计流速5m/s。而新型非金属排水管材抗冲刷能力强，规范将此类管道的最大设计流速笼统地规定为5m/s，使得此类管材的抗冲刷优势得不到利用，造成极大浪费。基于此，本文通过对五种常用排水管道的技术性能与经济参数的比较，以及管材磨损和管材冲刷两个实验对排管材的选用以及设计流速和PE管的使用寿命进行研究，在实验的基础上结合理论分析得到以下几个结论:
　　①通过五种排水管材的性能参数比较得到在高流速小管径的山地城市地区不宜采用钢筋混凝土管作为排水管道，而在排水管道管径大于1000mm时宜选用钢筋混凝土管。钢管和玻璃钢夹砂管与其他几种管材相比价格过高，双壁波纹管和PE压力管道比较适合山地城市的排水系统管道要求。
　　②在相似试验条件下，经100万转旋转磨损后钢管的磨损值最小，玻璃钢夹砂管和双壁波纹管次之，钢筋混凝土管磨损值最大，其抗冲刷能力最差;在实验基础上通过线性拟合得到了玻璃钢夹砂管，双壁波纹管以及PE压力管的最大设计流速分别为9.85m/s，9.43m/s和9.42m/s。
　　③PE压力管道的冲刷磨损量与冲刷流速和冲刷时间的关系密切，冲刷磨损量与冲刷时间呈线性正比例的关系;冲刷磨损量与冲刷流速呈二次正比例的关系;最大设计流速为9.0m/s时20年时间里DN400PE压力管道的冲刷磨损量为3.634mm，仅占管道壁厚的40.37％;冲刷流速对PE压力管道的冲刷磨损规律分为两个阶段，在流速1-5m/s阶段呈快速下降的趋势;在流速5-9m/s阶段呈缓慢上升的趋势。在实际运行时小流速（1-3m/s）是造成管道冲刷磨损的主要流速。
　　该论文以山地城市排水系统最大设计流速研究项目（项目号:2015-0213重庆市建设科技计划项目）为基础，可以为山地城市排水管道系统从管材的使用选择，设计参数的优化提供一定的参考其研究成果具有重要的现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 城市排水系统与排水体制

1．2．1 排水系统概述

1．2．2 排水体制分类

1．3 国内外城市排水管道及设计流速现状

1．3．1 国外现状

1．3．2 国内现状

1．3．3 山地城市排水特点

1．3．4 山地排水管道存在问题

1．4 研究内容与意义

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

1．4．3 主要技术路线

第二章 山地城市排水管材比选研究

2．1 排水管道选用依据

2．1．1 选用原则

2．1．2 选择影响因素

2．2 常用排水管材及评判标准

2．2．1 初选管材简介

2．2．2 选用评判标准

2．3 管材技术性能与应用对策分析

2．3．1 技术性能

2．3．2 应用对策

2．4 本章小结

第三章 排水管耐磨性能及设计流速试验研究

3．1 试验设计

3．1．1 理论分析

3．1．2 材料与装置

3．1．3 试验方法

3．2 排水管道抗冲刷能力研究

3．2．1 旋转磨损平均值处理

3．2．2 旋转磨损对比分析

3．2．3 旋转磨损率分析

3．2．3 旋转磨损趋势分析

3．2．4 管材耐磨性比较分析

3．3 非金属管道设计流速推求

3．3．1 设计流速曲线拟合

3．3．2 设计流速内插计算

3．4 本章小结

第四章 非金属管道使用寿命设计参数试验研究

4．1 试验设计

4．1．1 理论分析

4．1．2 试验用水

4．1．3 材料与装置

4．1．4 试验方法

4．2 冲刷磨损实验分析

4．2．1 数据平均值处理

4．2．2 冲刷磨损量内插计算

4．3 冲刷磨损量与流速及时间关系分析

4．3．1 磨损量与流速关系分析

4．3．2 磨损量与时间关系分析

4．4 典型非金属管道使用寿命预测

4．4．1 不同设计流速时间分布

4．4．2 PE管道20年冲刷量预测

4．5 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果