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原文传递透水混凝土路面堵塞清理的数值模拟和试验研究

论文题名：	透水混凝土路面堵塞清理的数值模拟和试验研究
关键词：	透水混凝土路面清理;CFD-DEM法;数值模拟;实验室试验;清理率
摘要：	透水混凝土是一种按照特定配合比成型的内部具有连通孔隙的渗透性路面铺装材料，通过控制雨水径流降低城市洪水风险、缓解水污染和热岛效应等环境问题、促进绿色可持续发展，因此在海绵城市建设中扮演重要角色。然而，其应用环境中存在的砂石等物质会堵塞孔隙，严重影响透水混凝土路面的使用寿命。目前国内外学者对改善透水混凝土路面堵塞问题己展开多方面研究，验证了现有清理技术的有效性并提出了相应的路面维护建议。但是由于路面施工质量、应用环境等不可控因素的存在，往往导致不同研究之间甚至同一研究中的结果出现较大差异，给清理规律的梳理造成困难。此外，尚缺乏对透水混凝土路面清理工作中操作细节和具体参数的探讨，限制了清理技术的推广应用。因此，针对以上问题需要进一步研究。　　采用计算流体力学耦合离散单元法(CFD-DEM)数值模拟和实验室试验两种方法实现透水混凝土的堵塞清理过程。数值模拟中，构建仿真透水混凝土模型与流场模型，进行耦合计算，设置三种不同级配砂（粗砂、细砂、全级配砂）模拟堵塞物，研究清理方法、堵塞物级配、高压水冲洗角度、靶距以及清理顺序对透水混凝土渗透性能恢复效果的影响，并采用清理率（清除堵塞颗粒质量/初始堵塞颗粒质量）作为清理效果评价指标。实验室试验中，制备三种目标孔隙率下的透水混凝土试件，研究清理方法、清理顺序、高压水冲洗角度和试件孔隙率对透水混凝土渗透性能恢复效果的影响，并采用恢复率（清理后渗透系数/初始渗透系数）作为清理效果评价指标。　　将两种方法得到的结果进行对比，验证数值模拟的准确性，并总结以下结论:清理参数一致的条件下，高压水冲洗方法对透水混凝土渗透性能的恢复效果优于真空抽吸方法，将高压水冲洗与真空抽吸以一定顺序配合使用可以进一步提升渗透系数恢复率。透水混凝土孔隙率为15％和20％时，先高压水冲洗再真空抽吸效果最佳;孔隙率为25％时，先真空抽吸再高压水冲洗效果最佳。若同时考虑清理效果和资源消耗，单独使用高压水冲洗更为合理，透水混凝土孔隙率为15％时，适用2.5MPa压力;孔隙率为20％时，适用10MPa压力;孔隙率为25％时，适用20MPa压力。高压水冲洗角度设置为45°至60°时，靶距在15mm至20mm时，可以获得更优恢复效果。对于真空抽吸方法，透水混凝土孔隙率越大恢复效果越好;而对于高压水冲洗与真空抽吸结合方法，孔隙率对恢复效果几乎没有影响。另外，堵塞物粒径越大越容易清理，细颗粒含量增大，所需清理时间越长、难度越大。研究结论可为实际路面清理工作提供科学合理的建议，有助于延长透水混凝土路面的使用寿命，促使其发挥长期生态效益。
作者：	孟博雯
专业：	水工结构工程
导师：	张炯
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022