论文部分内容阅读
城市供水系统是保证城市正常运行的基础设施,由于管道老化,管材腐蚀等众多因素,供水管网漏失现象似乎无法避免。因此引发的经济损失,水资源浪费等一系列问题会影响经济社会正常运转。其中管道漏损后有压水流对土体的冲刷会引起周围土体的侵蚀,管道受力结构破坏,引发爆管,路面塌陷等重大安全事故。因此关注供水管网漏损后的水土相互作用,对控制漏损量,减少路面塌陷事故等方面有着重要的意义。针对当前学者们主要利用数值模拟或采用小尺寸的实验装置来研究管网漏损时的水土相互作用。本文设计实验装置模拟埋深更接近真实覆土,通过控制流量观察研究流化的整个过程。实验通过改变上部沙床模拟不同的埋深,通过更换管道模拟不同的漏损面积,此外本文还引入土工布,来研究其在控制流化现象和减少漏损量等方面的作用。在流化现象方面,本文通过摄像记录流量变化过程中沙床的侵蚀现象,发现在之前学者提出的三个流化阶段中,流化孔洞阶段还可以分为两个阶段,分别为慢速流化阶段和快速流化阶段,具体表现为流化孔洞的生长速度的不同。在水头损失计算方面,本文通过在实验装置壁面和漏损管道上安装压力传感器,记录流化过程中不同流量下沙床超静孔隙水压力和漏损管道内的压强变化,研究了管道埋深和漏损口面积对水头损失的影响。此外本文通过总水头损失的变化趋势,提出相同高度下的沙床中渗流水头损失大于流化孔洞内的水头损失,并给出了二维漏损下沙床中水头损失计算方法,通过拟合计算发现流化孔洞内水头损失大约与流化孔洞高度的0.2次方成正比。本文设置了土工布渗透率,离漏损口的铺设距离和土工布上方覆沙厚度作为变量,研究了土工布的作用。在控制流化现象方面,铺设土工布后开始流化临界流量会相应增大,但是完全流化临界流量不会受到影响。其中在流化孔洞阶段,土工布能有效减缓流化孔洞的生长,离漏损口铺设距离越近效果越好,但是土工布的渗透率和上部沙床厚度影响不大。在利用土工布减少漏损量的方面,主要研究了土工布处的水头损失计算方法。通过对管内压力分析,可以得到土工布处水头损失与流量呈正比,与土工布的渗透率呈反比,与土工布铺设高度也相关,并给出了相应拟合计算式。