多孔混凝土的渗透系数及测试方法

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第６卷第４期２０年１０６２月
交通运输工程学报ＪｕａｏＴａｉａｄｎｐｒｔｎｉｅｎｏｒｌｒｆｎＴａｓｏａｏＥｇｅｉｎｆｆｃｒｔｉｎｎｒｇ
Ｖｏ．４ｌ６Ｎｏ．
Ｄｅ．２０ｃ０６
ｐｙｉｌｎａｉｏｉｐｒｅｂｉｃｅｉｅｔｓｌｅ，ａｃｒｉｎｍｅｈｄＤｒｈｓａｆｕｄｔｎｔｅｍａｉｔｏｆｃｎｗａａｚｄａｓｅｔｎｇｔｏｏａｙｃｏｏｆｓｌｙｆｉａｎｙｎａｉｆｃｌａｐｃｂｅｇｔｐｒｕｃｎｒｔｗａｓｐｔｗｒ．ｃｒｉｇｔｅａｕｅｅｔｎｉｅａｐｌａｌｒｎｅｏｏｓｃｅｗｉａｏｏｅｕｆｒａｄＡｏｄｔｈｍｓｒｍｎｐｉｃｌｏｃｎｏｅｒｐｏｃｎｔｎｈａｐｒｅｂｉｔｔａｌａｄｃｃｂｅｓｎｈａｐｒｅｍｅｒｐｒｕｆｓｔｄｍａｉｔｅ，ｉｅｎｐａｔａｌｃｎｔｔｄｍａｔｏｏｏｓｏａｅｅｌｙｓｓｍｐｒｉｏａｅｅｅｆｃｎｒｔｗｓｖｌｐｄｔｅｓｏｃｎｉｒｇｅｔｒｏｓｅｌｌｋｇ，ｓｅｖｏｃｅｅｄｅｅｏｈｂｉｆｓｅｉｔｆｏｓｉｗｌａｅｌｅｅａｅｏｎａｓｏｄｎｈａｃｆｄａｅａｄｎｉａｄｅｏｅｒａｉ．ｓｅ，ｆｔｒｏｔｔｃｓｔｓｄｔｒｅｒｅｉｓｎｐｚｍｔｌｔｎＢｉｓｔｅｏｓｅｐｅｕａｗｅｗｍｅｏｎｉｅｏｏｃｅｄｈａｃｆｉｓｅｔａｎａｒｐｓｄｎａａｚｄｔｅｔｒｔｎｄｔｐｏｅｓｇｔｏｏｐｒｕｃｎｒｔｗｅｒｅｐｏｏｅ，ａｄｎｌｅ，ｔｓｏｅａｉａｄａｃｓｉｍｅｄｏｏｓｃｅｅｙｈｅｐｏｎａｒｎｈｆｏｉｅｆｆｏｏｅｅｈｔｅｍａｉｙｃｅｆｉｔｏｄｆｒｎｐｒｕｃｎｒｔｓｒｔｓｅ．ｅｔｕｔｗｓｔａｈｐｒｅｂｉｏｆｃｎｓｉｅｅｔｏｓｃｅｅｗｅｅｔｄＴｓｒｓｌｓｏｈｔｅｌｔ
ｉａ十ｂ２＝ｖｖ（）４
１ａｃ试验定律与渗透系数Ｄｒｙ
１１ａｃ定律．Ｄｒｙ
１５年Ｉａ根据流体力学中粘性流基本定律９８ｒｙｍＮｖｒｔｅ方程导出式（）从理论上证明了ａｉ－ｏｓｅＳｋ４，Ｆｒｈｉｅ定律。在Ｆｒｈｉｅ的二项式中，ｏｃｅｒｈｍｏｈｅｒｃｍ渗
表达形式。
式中：为多孔介质特征长度；为流体的运动粘度。ｌ。
Ｂａ根据许多人的研究成果，ｅｒ得出发生非线性流的原因是惯性力引起的，把多孔介质中的流态分
１２渗透系数的物理基础．Ｄｒ定律产生以后，ａｙｃ对于Ｋ的物理意义是通过ＳｅｅＨａｅｅｌｉｈｍ，ｎ与Ｓｉｔｒｚｌｈｅ等的工作逐渐认识ｃ到的［。对于Ｋ的物理基础，３］常见的表达式为
．
ｖｓ１ｈｒｉｐｗｒｐｎｎｒａｏｓｉｂｔｅｎｐｒｅｂｉｃｅｉｅｔｄｅｆｃｉｅ－；ｔｅｅｏｅｅｏｅｔｔｎｈｅｅｉｅａｉｙｆｃｎａｆｅｔｓｘｅｉｐｗｌｔｓｍｌｏｆｉｔｎｅｔｈｐｒｓｙｔｅｃｒｌｉｃｅｉｅｔ．１Ｔｅｕｉｉｔｔａｔｅｔｏｃａｎｔｓｔｅｏｏｉ，ｉｏｒａｏｏｆｃｎｉ０９８ｈｒｓｌｎｃｅｈｔｍｈｄｔｈｒｅｔｎｆｉｓ６．ｅｔａｓｈｅｄｅｐｒｅｂｉｃｅｉｅｔｏｏｓｃｔａｃｒｅａｄｅｉｌ３ｓ４ｓ１ｒｆ．ｅａｉｙｆｃｎｏｐｒｕｃｎｒｅｕａｌｎｅｃｖｙｔ，ｆ，３ｓｍｌｏｆｉｆｔｏｅｃｔｙｆｔｅ．ａｆｂｉｇｉｏｆｉｅｅＫｙｒｓｐｖｍｎｅｇｅｒｇｐｒｕｃｎｒｔ；ｅｍａｉｔｃｅｉｅｔｐｒａｅｒｅｗｄ：ｅｅｔｉｅｉ；ｏｓｃｅｐｒｅｂｌｙｆｃｎ；ｍｅｍｔｏａｎｎｎｏｏｅｓａｒ６８Ａｔｏｒｓｍ：ｅｇｕｌｎ（９７）ｅａ，ＰＤ，ｏｉｅｏｅｓｒ８－９２３４０ｕｈｒｕｅＺｎＭ－ａ１７－，ｆｌｈａｓｃｔｐｆｓｏ，２－３４５，ｅｈｉｍｅ
交通运输
工程
学报
２００６年
０引
言
于多孔混凝土的性质，它是表征水在多孔混凝土中流动难易程度的定量指标。
为解决目前常见的路面结构水损坏问题，采用多孔混凝土排水基层，设置路面结构内部排水系统
１３ａｙ．ｒ定律的适用范围Ｄｃ
Ｄｒ定律表明渗透流速和水力梯度之间存在ａｙｃ简单的线性关系，但很多研究者根据试验得出的结论往往与Ｄｒ定律不符，ａｃｙ即渗透流速与水力梯度之间存在其他形式的关系［。］ ’ Ｆｒｈｉｒｅ提出的非线性渗透定律如下ｏｃｅｈｍ
ａｄｒｏｔｇｅｒｇＴｎｊＵｎｖｒｉ，ａｇａ２０９，ｈｎ）ｎＡｐｒＥｉｅｉ，ｇｉｉｅｓｙＳｎｈｉ０２Ｃｉｉｎｎｎｏｔｈ０ａ
Ａｓｒｃ：ｏｄｒｅｅｔｅｍｅｓｒｔｅｒａｉｙｅｉｅｔｐｒｕｃｎｒｔ，ｂｔａｔＩｒｅｔｆｃｖｌｎｏｆｉｙａｕｅｈｐｍｅｂｉｃｆｃｎｏｏｏｓｃｅｔｅｅｌｏｆｉｔｆｏｅｈ
源自文库
文章编号：６１１３（０６０－０１６１７－６７２０）４４－００
多孔混凝土的渗透系数及测试方法
郑木莲，，２
（．１长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安２同济大学道路与机场工程系，．上海
２０９）００２７０６；１０４
摘要：为了有效测量多孔混凝土的渗透系数，通过分析渗透系数的物理基础，出确定Ｄｒ定提ａｃｙ律对多孔混凝土适用范围的方法，根据常水头渗透试验原理，考虑侧壁渗漏、套筒尺寸及测压管位置等因素，研制出简单实用的常水头多孔混凝土渗透仪，分析了影响渗透系数测试的试件性状和水等因素，提出多孔混凝土渗透系数测定的试验操作过程及数据处理方法，测试了多孔混凝土在不同配合比时的渗透系数。结果表明多孔混凝土具有良好的排水性能，其常见配合比的渗透系数均大于１ｃ＂－，０ｓ＇同时渗透系数和有效空隙率之间符合相关系数为０９８的幕指数关系，ｍ．１６可见常水头测试方法可准确有效地测定多孔混凝土的渗透系数。关键词：路面工程；多孔混凝土；渗透系数；渗透仪中图分类号：４４Ｕ１文献标识码：Ａ
ｚｅｇｌｎ６．ｈｎｍｕｉ＠１３ｃｍ．ａｏ
收稿日期：０６７１２０－－２０
基金项目：陕西省自然科学基础研究计划项目２０Ｅ０）长安大学科技发展基金项目０Ｑ３（５２７，０（５０）
作者简介：郑木莲（９７女，１７一，山东蒙阴人，长安大学副教授，工学博士，同济大学在站博士后，从事道路结构与材料研究。
Ｐｒａｉｔｃｅｆｉｔｔｔｔｏｏｐｒｕｃｎｒｔｅｍｅｂｌｙｆｃｎａｄｍｅｈｄｏｏｓｃｅｉｏｉｅｎｅｓｆｏｅ
Ｚｅｇ－ａ＂ｈｎＭｕｌｎ２ｉ
（．ＬｂｒｔｒｆｒｃｌａｇｗｙｇｅｒｇＭｉｓｙＥｕａｉ，１ＫｙｏａｙＳｅｉＡｅＨｉａＥｉｅｉｏｎｔｏｄｃｔｎｅａｏｏｐａｒｈｎｎｎｆｉｒｆｏＣａｇｎｉｒｉ，ａ７０６，ａｘ，ｉ；ｅａｔｎｏＲａｈｎ＇ＵｖｓｙＸ＇１０４ＳａｎｉＣｎ２Ｄｐｒｔｏｄａｎｅｔｉｎｈｈａ．ｍｅｆ
关于多孔材料渗透系数的研究，大多基于Ｄｒａ－透流速很小时，忽略右端第２即为Ｄｒ定律；项，ａｙｃｃ定律。根据试验，ａｙｙＤｒ断定流量抓单位时间水ｃ渗流速度很大时，忽略右端第１可得项，流的体积）与不变的横截面积Ａ及水头差（，２ｈ一ｈ）ｖ＝兀ｉ１／２
成正比，与长度Ｌ成反比，ａｃ定律如下Ｄｒｙ
可见，随着渗透流速的增大，ａｙＤｒ定律不再成立，ｃ１ｑ＝Ｋ（ｌ２／Ａ一ｈ）Ｌｈ（）只有当水流状态为层流时，ａｙＤｒ定律才适用。ｃ将式（）１变形，得通常，流体在通过管道的流动中，区分层流和紊ｖ＝Ｋ流所采用的准则是雷诺数Ｒ．为一无量纲数，ｉ（）２ｅＲ。ｉ（ｌ２１＝ｈ一ｈ）Ｌ表示流体的惯性力与粘滞力之比。对于多孔介质中式中：为渗透流速；为水力梯度；为渗透系数，的流动，ｖｉＫ可以采用类比的方法，Ｒ定义为将。或称水力传导系数。式（）Ｄｒ定律的另一种２是ａｙｃＲｅ＝ｖ／ｌｕ（）５
ｐｒｕｃｎｒｔｈｓｅｉｇｐｒｒａｃ，ｔｐｒｅｂｉｃｅｉｅｔｏｅｎｃｍｏｏｓｃｅｅａｆｄａａｅｆｍｎｅｉｅａｉｙｆｃｎｉｍｒｔｏｉｒｎｎｅｏｓｍｌｏｆｉｓｔｈ１ａ０
式中：，ａｂ为由流体和介质的性质决定的常数。
便成为有效途径之一［１［。渗透系数是表征多孔混１－ｚ
凝土排水性能的直接有效指标，也是多孔混凝土材料组成设计和多孔混凝土基层路面结构设计的重要指标。对于渗透系数的测定，国内外现有相关方法对多孔混凝土等大空隙材料并不适用，因此本文研究其测试仪器和方法。
为３种区域Ｃ（１：ａ图）层流区，ｌ这是低Ｒ（ｅ小于１）０
时的流动情形，区内粘滞力起主要作用，性此线
式中：为颗粒形状系数；。ｄ为颗粒平均直径；９为重力加速度；为流体密度；为流体动力粘滞系数。ｐＦ＂Ｋ的物理基础取决于固体颗粒骨架的几何形状结构（＇和流体的性质（ｐＰ，（）ｃｄ９・＇Ｋ不是常数，）是流体粘滞度、密度和颗粒结构的函数，只有粘滞度、密度和其他因素是常数时，渗透系数在Ｄｒ定ａｃｙ律中才能作为常数。当水力梯度为时，ｉ１渗透系数在数值上等于