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当今水资源严重短缺问题日益严重,通过研究不同配比的非均质滤料与无砂混凝土板相结合的方式进行渗流取水与排水,可有效的控制渗流量的变化,从而提高水资源的利用率,减轻水资源浪费所带来的多方面影响。
在实际工程中所使用的透水介质都是通过复杂介质组成的透水层来实现渗透功能,本文以“海绵城市”建设工程和山西省“辛安泉取水工程”作为选题背景,采用物理模型试验和理论分析相结合的方法,以水头压力、滤料粒径和不同滤料混合比例等因素作为控制变量,对非均质滤料影响下的无砂混凝土板的渗透性能进行了研究。所得结论如下:
(1)构建了无砂混凝土板无填充条件下的渗流量与压力水头关系方程。在无充填任何滤料的情况下,单纯使用一块无砂混凝土板作为渗透介质,其渗流量与压力水头为幂函数关系,且压力水头越大,无砂混凝土板的渗流量就越大,同时根据其水力梯度与渗流流速之间的拟合关系可知,此时无砂混凝土板内水流的流态呈从层流到紊流的过渡流。
(2)阐明了非均质滤料对无砂混凝土板渗流特性的影响机制。在无砂混凝土板上铺设两种粒径滤料不同配比混合而成的非均质滤料和三种粒径滤料不同配比混合而成的非均质滤料的情况下,分析了压力水头对非均质滤料和无砂混凝土板组成的渗流系统的渗流量的影响,结果表明其渗流量与压力水头仍成正相关关系,按不同比例混合的非均质滤料在渗流箱内的平均粒径越大,其渗流量就越大。对于本文所研究的试验工况条件,其水流流态均为从层流到紊流的过渡区,同时通过计算得出了每种工况条件下每平方米每日渗流产水量与工作水头的经验公式。
(3)通过量纲分析法并结合MATLAB软件中的nlinfit函数得到了非均质滤料影响下的无砂混凝土板的渗流量的经验公式为:(此处公式省略),并对其渗流量的计算值与试验实测值进行了对比验证,发现最大相对误差为12.4%,说明该渗流量的经验公式是正确的,在实际应用中是可行的,可应用于非均质滤料影响下的无砂混凝土板的渗流量的计算。
(4)采用SPSS软件以及标准回归系数分析法,分别对非均质滤料影响下的无砂混凝土板渗透特性的影响因素进行了分析,通过分析非均质滤料影响下的无砂混凝土板的渗流量与压力水头和非均质滤料的平均粒径的相关性,最终确定了压力水头和非均质滤料的平均粒径对渗流量的影响程度为:压力水头对渗流量的影响大于滤料的平均粒径对渗流量的影响。
本文的研究成果可为多孔隙介质的渗流特性研究提供理论基础,同时也可为实际渗流取水工程的设计提供一定的参考。
在实际工程中所使用的透水介质都是通过复杂介质组成的透水层来实现渗透功能,本文以“海绵城市”建设工程和山西省“辛安泉取水工程”作为选题背景,采用物理模型试验和理论分析相结合的方法,以水头压力、滤料粒径和不同滤料混合比例等因素作为控制变量,对非均质滤料影响下的无砂混凝土板的渗透性能进行了研究。所得结论如下:
(1)构建了无砂混凝土板无填充条件下的渗流量与压力水头关系方程。在无充填任何滤料的情况下,单纯使用一块无砂混凝土板作为渗透介质,其渗流量与压力水头为幂函数关系,且压力水头越大,无砂混凝土板的渗流量就越大,同时根据其水力梯度与渗流流速之间的拟合关系可知,此时无砂混凝土板内水流的流态呈从层流到紊流的过渡流。
(2)阐明了非均质滤料对无砂混凝土板渗流特性的影响机制。在无砂混凝土板上铺设两种粒径滤料不同配比混合而成的非均质滤料和三种粒径滤料不同配比混合而成的非均质滤料的情况下,分析了压力水头对非均质滤料和无砂混凝土板组成的渗流系统的渗流量的影响,结果表明其渗流量与压力水头仍成正相关关系,按不同比例混合的非均质滤料在渗流箱内的平均粒径越大,其渗流量就越大。对于本文所研究的试验工况条件,其水流流态均为从层流到紊流的过渡区,同时通过计算得出了每种工况条件下每平方米每日渗流产水量与工作水头的经验公式。
(3)通过量纲分析法并结合MATLAB软件中的nlinfit函数得到了非均质滤料影响下的无砂混凝土板的渗流量的经验公式为:(此处公式省略),并对其渗流量的计算值与试验实测值进行了对比验证,发现最大相对误差为12.4%,说明该渗流量的经验公式是正确的,在实际应用中是可行的,可应用于非均质滤料影响下的无砂混凝土板的渗流量的计算。
(4)采用SPSS软件以及标准回归系数分析法,分别对非均质滤料影响下的无砂混凝土板渗透特性的影响因素进行了分析,通过分析非均质滤料影响下的无砂混凝土板的渗流量与压力水头和非均质滤料的平均粒径的相关性,最终确定了压力水头和非均质滤料的平均粒径对渗流量的影响程度为:压力水头对渗流量的影响大于滤料的平均粒径对渗流量的影响。
本文的研究成果可为多孔隙介质的渗流特性研究提供理论基础,同时也可为实际渗流取水工程的设计提供一定的参考。