大气作用下非饱和黄土路基湿度变化及影响因素研究

发布时间：2017-04-17 18:01

  本文关键词：大气作用下非饱和黄土路基湿度变化及影响因素研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文主要以西北地区的黄土路基为研究对象,以夏秋季节,大气作用下的降雨—蒸发作用对路基湿度场、温度场以及变形的循环作用机理为研究目的;采用室内物理力学试验、人工填筑模型试验以及有限元数值分析等多种研究方法,详实展开了降雨—蒸发循环作用下非饱和黄土路基土体含水率、温度、孔隙水压力以及变形的动态响应规律和稳定性研究;并对不同大气作用下,路基土体湿度场、温度场以及横向变形的变化规律和影响因素进行分析。主要研究内容及成果如下:首先,总结了现有非饱和黄土路基在大气作用下的基本理论、入渗理论和蒸发理论,为下文的试验和数值模拟打下坚实的理论基础;对所选用的非饱和黄土的填土土样进行了室内物理特性的测试,测定了其级配曲线、最优含水率、最大干密度、液限、塑限、饱和渗透系数等物理力学参数,为下一步的模型试验和数值分析做好准备工作。其次,自行设计开展了非饱和黄土路基边坡的降雨—蒸发模型试验,模拟了不同大气作用对路基的影响,监测记录了不同大气作用下路基模型土体的含水率、温度和位移的变化过程;发现非饱和黄土路基边坡在降雨入渗过程中,对应着一个临界入渗强度;路基边坡的表层土体含水率的变化比较明显;中雨对路基土体湿度变化的影响深度最大;路基不同位置土体含水率受到影响的程度不尽相同;非饱和黄土路基中水分的入渗速度要大于蒸发速度。最后,在前述室内物理特性试验和模型试验的基础上,通过非饱和土体渗流分析软件Geo-Studio模拟了非饱和黄土路基边坡在降雨入渗和日照蒸发作用下,土体含水率、土体温度、以及孔隙水压力的变化规律。发现土体负孔隙水压力与降雨时间和降雨强度成负相关;在相同的日照时间下,坡中土体温度上升的幅度最大;降雨作用对路基土体温度的影响,表现为土体含水率的增加进而降低土体温度的变化幅度并增大大气温度对路基温度场的影响深度。大气作用对黄土路基边坡的循环作用机理是一个非常复杂的问题,本文虽然做了大量的工作,但是受非饱和土理论发展水平、试验条件及研究方法的限制,同时模型试验和数值模拟与大气作用实际的影响仍有较大差别,测试过程中存在较大误差,因此,揭示大气作用对路基湿度的影响,仍有很长的路要走。
【关键词】：非饱和黄土 降雨入渗 日照蒸发 路基 含水率 温度
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 问题的提出和研究的意义10-11
• 1.2 国内外的研究现状11-12
• 1.3 该领域目前存在的问题12-13
• 1.4 本文的主要研究内容及技术路线13-15
• 1.4.1 本文主要的研究内容13-14
• 1.4.2 本文研究思路14-15
• 2 土体的入渗—蒸发理论15-23
• 2.1 概述15
• 2.2 土体入渗理论15-18
• 2.2.1 土体流动的达西定律15-16
• 2.2.2 一维入渗计算模型16-18
• 2.3 土体蒸发理论18-19
• 2.3.1 土体蒸发影响因素18
• 2.3.2 土体蒸发的三个阶段18-19
• 2.3.3 蒸发模型19
• 2.4 非饱和黄土的土水特征曲线19-22
• 2.4.1 土水特征曲线的数学模型20-21
• 2.4.2 非饱和黄土的土水特征曲线21
• 2.4.3 非饱和黄土土水特征曲线的影响因素21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 室内模型试验装置及方案23-35
• 3.1 试验目的23
• 3.2 试验装置23-29
• 3.2.1 模型箱23-24
• 3.2.2 水分测试装置24-25
• 3.2.3 温度测试装置25-26
• 3.2.4 路基边坡位移测试装置26-27
• 3.2.5 模拟蒸发装置27-28
• 3.2.6 模拟降雨装置28-29
• 3.3 试验方案29-34
• 3.3.1 试验设计29
• 3.3.2 土样的物理特性试验29-32
• 3.3.3 试验步骤32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 室内模型试验及结果分析35-53
• 4.1 非饱和黄土路基模型的“降雨—蒸发”试验35-36
• 4.2 路基模型内部水分场变化36-45
• 4.2.1 不同大气作用下土体含水率的变化36-41
• 4.2.2 相同大气作用下不同位置土体含水率的变化41-44
• 4.2.3 大气显著影响深度的确定44-45
• 4.3 路基模型内部温度场的变化趋势45-50
• 4.3.1 静置期（阴天+日照）45-46
• 4.3.2 降雨—蒸发期46-49
• 4.3.3 大气作用显著影响深度的确定49-50
• 4.4 路基边坡横向变形结果分析50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 5 降雨—蒸发循环作用下黄土填方路基边坡数值分析53-66
• 5.1 概述53
• 5.2 非饱和土体渗流分析软件介绍53-54
• 5.3 数值模拟模型参数54
• 5.3.1 黄土路堤填土的基本物理力学参数54
• 5.3.2 计算模型中土层的水力学特性54
• 5.4 降雨入渗数值模拟54-60
• 5.4.1 渗流计算的有限元网格划分54-55
• 5.4.2 模型初始始条件和边界条件55-56
• 5.4.3 降雨入渗数值模拟结果分析56-60
• 5.5 日照蒸发数值模拟及对比分析60-64
• 5.5.1 日照作用下土体含水率的变化60-61
• 5.5.2 日照作用下土体温度场的变化61-62
• 5.5.3 模拟结果与实测数据对比分析62-64
• 5.6 本章小结64-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-71

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