基于CFD-DEM耦合的泥水平衡盾构排浆管卵石滞排研究

摘要

针对泥水盾构的弯曲管路进行三维建模，利用CFD-DEM耦合进行数值模拟，揭示泥浆携带卵石的运移规律，分析卵石沉积滞排的原因，探究卵石沉积对管道内流场的影响，为现场施工解决滞排问题提供优化指导。结果表明：滞排问题是由于低流速的泥浆提供的拖曳力太低，大量颗粒在管道弯曲处发生了沉积。管道内颗粒进入速度和排出速度将会达到动态平衡，管道弯曲度数越大，颗粒生成速度和排出速度达到动态平衡的临界点越晚，说明颗粒滞排越严重，滞排颗粒数量就越多。颗粒沉积导致有效过流面积变小，泥浆流速发生了明显分层，流场的分层更加不利于底部沉积颗粒的运移，加剧滞排问题。泥浆黏度越大，颗粒和泥浆发生剪切流动时的拖曳力越大，颗粒的平均运移速度越大。泥浆密度对颗粒的水平运移影响不大，但颗粒向上运输时，密度大的泥浆能够提供更高的浮力，有利于防治颗粒的滞排。

关键词

泥水盾构 / 滞排 / CFD-DEM / 卵石运移

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51879150,41831278); 济南市“高校20条”资助项目(2020GXRC046)