塑料盲沟的孔隙表征与渗流特性研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bchen2009
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塑料盲沟作为新型的复合土工集排水材料,具有表面开孔率高、集水性好、孔隙率大、抗压性强、柔性好、施工方便等优点,在土木与水利,尤其是农田暗管排水等建设项目的地下集、排水工程中得到广泛的应用。然而目前塑料盲沟在应用及施工过程中关于渗流的性能指标仍不明确,由于无法测定性能及淤堵损坏情况导致监管失利,故亟需对塑料盲沟的渗流特性与孔隙表征进行系统全面的分析研究。基于以上背景,本文测定了五种常用规格盲沟的孔隙表征并对其进行定性的描述,还对不同等效孔径与孔隙率的盲沟的渗水能力进行了定量的分析。本次研究成果对塑料盲沟在农业水利工程中的选取标准与开发应用具有积极意义,为其在农业灌溉与生态排水工程中开发新型输水盲沟的理论研究奠定了基础。本文通过多孔介质的渗流理论与试验相结合的方式,开展了以下工作并得出结论:(1)对五种型号塑料盲沟的等效孔径、孔隙率与表面孔隙率等孔隙表征进行测定分析。研究发现:塑料盲沟的孔隙率在65%-90%之间,等效孔径主要集中分布在4.91mm-13.37mm之间。当孔隙率在78.65%-87.03%之间时,孔隙率与表面孔隙率呈正相关关系;超过87.54%后,表面孔隙率趋近于71%。当孔隙率在65%-84%之间时,孔隙率与等效孔径呈正相关关系;超过84.5%后,等效孔径趋近于11mm。(2)对塑料盲沟在恒压自由与变压淹没出流条件下的渗流特性进行定量分析。通过对两种出流条件下不同等效孔径和孔隙率的塑料盲沟的水力梯度与流速试验数据的拟合发现:当塑料盲沟的等效孔径超过8.03mm,孔隙率大于65.45%后,水力梯度与流速符合二次或幂函数曲线关系,水流流态介于层流渗流与湍流渗流之间,且等效孔径和孔隙率越小的塑料盲沟,流态的渗流规律越接近达西定律。与恒压自由出流条件相比,变压淹没出流条件下,塑料盲沟的渗流特性受到水流惯性力作用增强,二次或幂函数曲线规律仍然符合,但曲线曲率明显降低。(3)通过对雷诺数与水力梯度和摩擦因数进行分析研究,拟合总结出了塑料盲沟的非达西渗流方程系数的计算公式。(4)基于NOF标准优选出了最适合塑料盲沟的非达西渗流方程系数的经验公式。在恒压自由出流条件下,Forchheimer公式的二次项系数A和一次项系数B与Sidiropoulou经验公式最为契合;在变压淹没出流条件下,与系数A最契合的公式为Ergun公式,与系数B最契合的公式为Ergun-Reichlet公式。(5)基于NOF标准优选出了最适合塑料盲沟的非达西渗流方程的经验公式。在两种出流条件下,当塑料盲沟的等效孔径为8.03mm时,用来描述塑料盲沟渗流特性最适合的经验公式为Ergun公式;当塑料盲沟的等效孔径大于8.03mm时,最适合的经验公式为Sidiropoulou公式。
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