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原文传递排水孔淤堵机理及新型纤维束排水管的研发与应用

论文题名：	排水孔淤堵机理及新型纤维束排水管的研发与应用
关键词：	路基工程;纤维束排水管;淤堵机理;排水效果
摘要：	排水设施是道路工程中排除地下水、地表水的重要结构，对于减少道路水损坏、提升道路结构稳定性具有重要意义。现阶段，雨水排水管道堵塞现象严重，已成为路基工程中难以解决的工程问题，严重危害路基工程质量与安全。因此，非常有必要对排水管道的防堵展开研究，考虑“以防为主，防治结合”的方式，充分解决排水管道的堵塞难题。本文基于室内试验、理论分析及数值模拟等方法，对路基排水管道的防堵技术进行了系统研究，研发出一种新型纤维束排水管，并对其设计参数进行优化，实现路基排水管道的防堵。论文主要研究内容及成果包括：　　（1）基于离散元数值方法，建立普通路基排水孔排水计算模型，模拟路基排水过程，揭示了普通排水孔排水淤堵机理。结果表明，普通路基排水孔排水过程可分为开始脱落阶段、脱落扩散阶段和逐渐稳定阶段三个阶段：其中开始脱落阶段仅有少量的土颗粒脱落，由于粗粒组颗粒受到水流冲击接触面较大，而细粒组颗粒自身与周围土颗粒之间的粘结强度不高，脱落土颗粒最主要为细粒组和粗粒组颗粒；脱落扩散阶段，脱落颗粒粒径近似呈现正态分布形式，并且细粒组颗粒脱落量增幅大于粗粒组颗粒；逐渐稳定阶段，由于粗粒组颗粒易形成嵌挤的缘故，其掉落至孔隙下部的概率不大，而细粒组颗粒在水流的冲击下，依然可以沿着脱落颗粒原来的位置及新接触骨架间的孔隙移动，因此其脱落值降低幅度并不明显，脱落颗粒主要为细粒组颗粒；排水管淤堵形成机理主要为管中土埂的阻碍作用，淤堵形成受土埂高度、土颗粒粘聚力、内摩擦角以及排水管倾斜角度影响。　　（2）开展室内试验，研发新型纤维束排水管，并进行新型排水管的排水能力研究，论证新型纤维束排水管的材料组成及结构形式。结果表明，管内积土状态下纤维束排水管比普通排水管导渗排水效果显著；50mm管径纤维束排水管排水效果从强到弱依次为：塑料质、麻质、涤纶质、棉质、尼龙质，由此确定新型排水管纤维束材质为塑料材质；排水管中不同种类的纤维束布置形式不同，其渗流效果不同；排水管内单位截面积纤维束布置数量越多其导渗效果越显著；同等横截面积的排水管内，当纤维束横截面积也一定的情况下，单股纤维束横截面积越小越有利于其后期导渗排水效果；排水管内土中含砂率越高，其排水效果越好。　　（3）基于理论计算及数值模拟方法，研究了新型纤维束排水管的设计影响因素，提出了新型纤维束排水管的优化设计参数。结果表明，对富水地段加密设置排水管、设置多排排水管或者在路基上部设置排水管，有利于快速排出路基水，设计时宜采取保守设计行间距方法，适当形成联合排水区域；排水管排水性能随着排水管设计角度增加而减小，工程实践中应控制排水管倾角至少为3°；排水管长度越长，排水量越大，且下排排水管的长度对排水效果的影响大于上排排水管。　　（4）结合在建道路工程，开展新型纤维束排水管工程应用试验，提出该新型排水管的施工工艺，以提高施工质量。结果表明，按照本文提出的要点进行施工过程控制，通过在坑槽回填透水性良好、坚硬的碎石作为反滤层、在碎石上撒铺细沙作为过渡层、利用高速液压夯实机将填土分层回填分层压实等多种措施，能够确保最终新型纤维束排水管发挥最佳排水效果。
作者：	高原
专业：	交通运输工程
导师：	张思峰;赵伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2021