不同骨料施工工艺对无砂混凝土板透水能力的影响研究

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。