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《湖南大学》 2013年
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基于分形理论的粉煤灰孔隙结构及渗透率研究

戴杰  
【摘要】:随着经济的迅速发展,粉煤灰的年排放量及累积堆存量日益增加,其对环境造成的影响日益受到人们的重视,综合利用粉煤灰变得刻不容缓。近年来,在我国高速公路建设中,粉煤灰的综合利用日益增多。粉煤灰路基的压实度及稳定性与粉煤灰自身的渗透率密切相关。而国内外对于粉煤灰渗透率的研究,大都局限在试验阶段。因此,如何合理有效地评价粉煤灰的渗透性很有意义。本文运用数字图像处理技术,结合分形理论,对粉煤灰的渗透率进行了系统研究,得到了基于分形理论的粉煤灰渗透率计算公式。 本文首先综合论述了多孔介质微观孔隙结构的研究方法以及有关粉煤灰渗透率的试验研究方法。在此基础上,运用数字图像处理技术,利用粉煤灰孔隙与颗粒具有不同的灰度值的原理,通过阀值分割的方法将粉煤灰孔隙从颗粒背景中提取出来作为研究对象,并获得粉煤灰的孔隙结构相关参数(如孔隙数量、孔隙当量圆直径、孔隙圆度、孔隙面积等),然后结合分形理论,提出了粉煤灰孔隙半径分布分形模型,并求得粉煤灰孔隙半径分布分形维数,最后分析研究了不同干密度下粉煤灰孔隙半径分布分形维数的区别。 根据修正的Hagen-Poiseulle方程,结合线性渗流方程—达西定律,建立了基于分形理论的粉煤灰渗透率理论计算公式,并由此公式计算了不同干密度下粉煤灰的渗透率。最后对粉煤灰渗透率分形理论计算公式中的相关参数,如区间和区间的孔隙半径分布分维数D1、D2,孔隙迂曲分形维数DT,最大孔隙直径λmax以及拐点孔隙直径λg进行参数分析,研究各个参数对粉煤灰渗透率的影响情况。 通过室内变水头试验得到了不同干密度情况下的粉煤灰试样的渗透系数,然后通过渗透系数与渗透率的转化关系得到了不同干密度情况下粉煤灰试样渗透率的试验值,最后将其与不同干密度情况下粉煤灰渗透率的分形理论值相比较,验证基于分形理论的粉煤灰渗透率计算公式的准确性,并对煤灰渗透率的分形理论值与试验值产生差别的原因进行阐述。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:U414

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