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        關(guān)于水溫對排水板通水量的影響研究

        2022-02-22 07:25:24黃文濤徐偉利
        黑龍江水利科技 2022年1期
        關(guān)鍵詞:芯板排水板濾膜

        黃文濤,徐偉利,曹 敏

        (浙江省水利河口研究院(浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院),杭州 310020)

        0 引 言

        塑料排水板別名塑料排水帶,有波浪型、口琴型等多種形狀。中間是擠出成型的塑料芯板,是排水帶的骨架和通道,其斷面呈并聯(lián)十字,兩面以非織造土工織物包裹作濾層,芯板起支撐作用并將濾層滲進(jìn)來的水向上排出,是淤泥、淤質(zhì)土、沖填土等飽和黏性及雜填土運(yùn)用排水固結(jié)法進(jìn)行軟基處理的良好垂直通道,在沿海圍墾項(xiàng)目的軟基處理中應(yīng)用非常廣泛。隨著近幾年各地大力推進(jìn)美麗河湖整治工程,排水板的豎向排水能力在淤泥固化方面發(fā)揮重要作用,可大大縮短淤泥固化的時(shí)間。

        影響塑料排水板性能好壞的最主要指標(biāo)即為通水量,排水板通水量指在穩(wěn)定的側(cè)壓力下、特定水力梯度下單位時(shí)間內(nèi)通過排水板橫斷面的水流量,直接決定了排水板的排水能力和軟基處理的效率。

        現(xiàn)有的研究表明,影響排水板通水量檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的因素主要包括乳膠膜的厚度和水溫。當(dāng)乳膠膜較厚時(shí),通過乳膠膜傳遞至芯板和濾膜上的側(cè)壓力將會大大降低,影響通水量的檢測結(jié)果;為此,規(guī)程中要求乳膠膜厚度需<0.3mm以盡量消除影響。水溫對排水板通水量檢測結(jié)果的影響主要包括兩個(gè)方面,一方面是水的黏滯性,另一方面是水溫對塑料芯板剛度的影響。

        目前,檢測規(guī)范《水運(yùn)工程塑料排水板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JTS206-1-2009)中僅考慮水體流動隨溫度變化的黏滯系數(shù)的校正,而水溫對芯板剛度的影響未做修正。造成實(shí)驗(yàn)室檢測排水板通水量結(jié)果在冬季偏大、而夏季偏小,存在較大差異。

        1 試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)

        對試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)同樣可以發(fā)現(xiàn):在水溫黏滯性修正后,冬季排水板實(shí)測通水量偏大,而夏季偏小,是因?yàn)閮H考慮水體流動隨水溫變化的黏滯系數(shù)的修正而未考慮水溫對芯板剛度的影響而導(dǎo)致的。當(dāng)水溫較高時(shí),水的流動性好,黏滯系數(shù)變小,實(shí)測通水量偏大,故計(jì)算公式中乘以<1的水動力黏滯系數(shù)進(jìn)行修正;但水溫高同時(shí)導(dǎo)致塑料芯板分子運(yùn)動加劇,分子間的范得華力減少,抗變形能力降低,塑料排水板在相同側(cè)壓力時(shí),芯板齒槽抗壓屈能力降低,相對容易變形,使排水板溝槽的有效過水面積變小,實(shí)測通水量偏小[1]。

        其中,水溫對通水量的影響從芯板材質(zhì)差的排水板上體現(xiàn)更為明顯:對1261個(gè)排水板通水量檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),縱向通水量≤25 cm3/s的有97個(gè),其中檢測水溫在10℃下只有1個(gè),檢測水溫在30℃以上達(dá)到41個(gè)。水溫高時(shí)排水板的芯板肋板發(fā)生了較大的變形,槽齒倒伏,最小的縱向通水量僅為4cm3/s,實(shí)測通水量受到較大影響。

        芯板的剛度是影響排水板縱向通水量的主要因素,除材質(zhì)對芯板剛度的影響外,水溫對芯板剛度的影響不容忽略,因此有必要分析水溫對排水板通水量的影響。

        1.1 芯板的影響因素

        芯板影響因素有芯板的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)尺寸。芯板的材質(zhì)主要為PE聚乙烯、PP聚丙烯、高密度聚氯乙烯PVC等3種;芯板的結(jié)構(gòu)尺寸決定了排水板的過水面積和剛度。芯板芯肋的剛度和槽齒剛度是影響通水量的關(guān)鍵因素[2]。排水板的縱向拉伸強(qiáng)度主要測試排水板能承受的最大拉力及破壞時(shí)延伸率,可從側(cè)面反映排水板芯樣的壓屈強(qiáng)度和剛度。

        試驗(yàn)選取的為目前國內(nèi)常用的常規(guī)分離式排水板,芯板均為溝槽型的十字紋,為并聯(lián)十字型的工作面形式[3]。排水板芯板的物理性能如下:

        排水板芯板共有32個(gè)豎齒、62個(gè)通道,排水板芯板的尺寸較為接近,厚度為4.1-4.6mm,寬度為99-101mm。

        1.2 濾膜的影響因素

        濾膜的橫向抗拉強(qiáng)度是排水板縱向通水量的另一較為重要的影響因素。濾膜的橫向濕態(tài)抗拉強(qiáng)26-30N/cm,結(jié)果比較接近。

        1.3 試驗(yàn)資料篩選

        根據(jù)上述影響因素,我們分別選取同一生產(chǎn)廠家的不同材質(zhì)的排水板,主要依據(jù)排水板的縱向拉伸強(qiáng)度和橫向?yàn)V膜濕態(tài)抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)較為相近的原則。6個(gè)廠家排水板芯板的材質(zhì)主要為PE聚乙烯、高密度聚氯乙烯PVC、PP聚丙烯。選擇夏季6-8月份(水溫30±3℃)和冬季12-2月份(水溫10±3℃)及春秋季4月份及10月份(水溫20±3℃)排水板通水量的檢測結(jié)果,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析水溫影響系數(shù)。

        排水板芯板材質(zhì)及物理性能詳見表1。

        表1 排水板芯板材質(zhì)及物理性能表

        1.4 成果資料

        由于濾膜對縱向通水量的影響比芯板剛度小很多,濾膜的橫向濕態(tài)抗拉強(qiáng)26-30N/cm,數(shù)值比較接近,本次不予考慮[4]。

        選取的6個(gè)廠家的排水板,在不同水溫下復(fù)合體抗拉強(qiáng)度和通水量的平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

        表2 不同水溫下的排水板縱向通水量結(jié)果對比表

        1.5 試驗(yàn)成果分析

        1)水溫和通水量的關(guān)系:

        水溫高時(shí)實(shí)測通水量明顯比水溫低時(shí)小,主要原因是水溫對芯板強(qiáng)度及抗彎能力的影響間接地改變了排水板的有效過水面積而導(dǎo)致的,如圖1所示。

        圖1 不同水溫下相同排水板通水量檢測結(jié)果對比圖

        2)溫度變形修正系數(shù):

        分別計(jì)算以上6個(gè)廠家的同規(guī)格的排水板在不同水溫下實(shí)測通水量的比值作為溫度變形修正系數(shù),并以水溫20℃時(shí)溫度變形修正系數(shù)為1,可得10℃和30℃對應(yīng)的溫度變形修正系數(shù)見表2。

        表2 排水板通水量檢測溫度變形修正系數(shù)

        2 結(jié) 論

        由試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,可得以下結(jié)論:

        1)水溫對排水板縱向通水量檢測結(jié)果的影響包括水的黏滯性和水溫對塑料芯板剛度的影響兩個(gè)方面,且水溫對塑料芯板剛度的影響導(dǎo)致的通水量檢測結(jié)果的差異不可忽略。

        2)統(tǒng)計(jì)資料分析得到水溫10℃時(shí)溫度變形修正系數(shù)為0.67-0.84,水溫30℃時(shí)溫度變形修正系數(shù)1.20-1.47;與水動力黏滯系數(shù)成負(fù)相關(guān)。

        3)溫度變形修正系數(shù)的具體取值受芯板材質(zhì)、水溫等多重影響,需通過進(jìn)一步的比對試驗(yàn)進(jìn)行細(xì)化研究。

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