华南理工大学学报(自然科学版)

作者：李兴高, 郭易东, 孙宇, 等

单位：1.北京交通大学 土木建筑工程学院/城市地下工程教育部重点实验室，北京 1000442.中交隧道工程局有限公司，北京 100088

关键词：泥水盾构,大粒径卵石,排浆管道,压力损失,模型试验,CFD-DEM耦合

基金：北京交通大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2023YJS053);国家自然科学基金资助项目(52278386)

泥水盾构在砂卵石地层掘进时，排浆管道将输送大量大粒径卵石，导致浆体产生不稳定湍流，这给管道压力损失的确定带来了挑战。该研究设计了环流试验装置，以CMC透明黏性浆液为实验用泥浆，建立了基于计算流体动力学与离散单元法（CFD-DEM）耦合的三维数值模型；以粒径为5~80 mm的卵石为对象，分析了卵石粒径级配、浆液流速、卵石体积分数以及管道倾角对管道沿程压力损失的影响规律。研究结果表明：同一卵石粒径级配、卵石体积分数与管道倾角下，管道沿程压力损失随浆液流速的增加大致呈指数函数规律增加；对于水平管道，不同卵石粒径级配下的管道沿程压力损失差别较小；在低浆液流速（v < 2 m/s）下，管道沿程压力损失随卵石体积分数的增大呈线性规律增加，在较高浆液流速（v ≥ 2.0 m/s）下，管道沿程压力损失随卵石体积分数的增大呈指数函数形式增加；对于倾斜及竖直管道，同一卵石粒径级配、卵石体积分数与浆液流速下，管道沿程压力损失随着管道倾斜角度的增大首先表现为缓慢增加，然后呈急剧增加，其转折点的管道倾角为60°。此外，在泥浆浮力以及湍流的作用下，大粒径的卵石难以克服自身重力达到完全悬浮的运动状态，因此，大粒径卵石主要沿管道下壁面运动，且在管道弯头处压力存在明显的分层现象。

来源：2024年第7期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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