多雨地区路基路面饱和—非饱和渗流特性研究

发布时间：2017-10-06 00:11

  本文关键词：多雨地区路基路面饱和—非饱和渗流特性研究

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【摘要】：水损坏是多雨地区公路路基路面病害的主要类型之一。尽管诱发路基路面水损坏的原因众多,但究其本质,均与路基路面内部的饱和-非饱和渗流密切相关。多雨地区雨季降雨量大且历时长,研究多雨地区路基路面饱和-非饱和渗流特性对于公路排水设计优化及延长公路使用寿命具有重要指导意义。本文在理论分析的基础上,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,对多雨地区路基路面饱和-非饱和渗流特性进行了研究。论文的主要研究工作包括:(1)从饱和多孔介质渗流微分方程出发,在介绍非饱和多孔介质基本概念的基础上,推导了饱和-非饱和渗流微分方程,并简单讨论了饱和-非饱和渗流理论在路基路面渗流中的应用。结果表明,在求解路基路面饱和-非饱和渗流问题时,需谨慎对待模型材料参数及边界条件。(2)以广州市北二环高速公路实际工程为依托,开展了多雨地区路基路面渗流现场试验研究。采用TDR-3型水分传感器,分别对典型挖方与填方路段路基体积含水率进行了长期监测。试验结果表明,在强降雨季节,路基含水率较大位置主要集中在深度为130cm~200cm位置;路基路面饱和-非饱和渗流是一个缓慢的过程,且雨水入渗过程表现出明显的时序性。(3)采用数值模拟方法,研究了多雨地区路基路面饱和-非饱和渗流特性。用实测数据验证了数值分析的可行性,并重点分析了降雨强度和降雨历时对路基路面饱和-非饱和渗流特性的影响。研究结果表明,当降雨时间较长时,路面各结构层甚至会出现持续饱和的现象,降雨停止后,水分消散速度缓慢;当降雨强度超过某一定值时,路基含水率分布受降雨强度的影响便不再明显。(4)研究了路面内部排水系统对路基路面饱和-非饱和渗流的影响。研究结果表明,排水基层可以有效排除路面结构内部积水,排水垫层也可一定程度减少路基路面内部饱和区的大小,边缘排水系统对沥青路面饱和-非饱和渗流的影响不显著。
【关键词】：路基路面 饱和-非饱和渗流 现场监测 数值模拟 路面内部排水
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 路基路面渗流特性现场试验研究现状13-15
• 1.2.2 路基路面饱和-非饱和渗流特性的数值分析研究现状15-18
• 1.3 本文主要的研究内容及技术路线18-20
• 1.3.1 研究内容18
• 1.3.2 研究目标18-19
• 1.3.3 技术路线19-20
• 第二章 饱和-非饱和多孔介质渗流理论的简要分析20-37
• 2.1 饱和多孔介质渗流的基本方程及微分方程20-23
• 2.1.1 运动方程20-21
• 2.1.2 连续性方程21-22
• 2.1.3 稳定渗流基本微分方程22-23
• 2.1.4 非稳定渗流基本微分方程23
• 2.2 非饱和多孔介质的几个基本概念23-27
• 2.2.1 饱和度23-24
• 2.2.2 基质吸力24
• 2.2.3 土水特征曲线24-26
• 2.2.4 水力传导系数26-27
• 2.3 饱和-非饱和多孔介质渗流的基本理论27-33
• 2.3.1 水土势基本理论27-29
• 2.3.2 饱和-非饱和渗流Darcy定律29-30
• 2.3.3 饱和-非饱和多孔介质渗流基本微分方程30-31
• 2.3.4 定解条件31-33
• 2.4 路基路面降雨入渗基本理论33-36
• 2.4.1 路基路面降雨入渗曲线33-34
• 2.4.2 路基路面降雨入渗模型34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 多雨地区路基路面渗流现场试验研究(以广州市北二环高速公路为例)37-54
• 3.1 工程概况37-38
• 3.1.1 气象与水文地质38
• 3.1.2 路基填料38
• 3.2 试验监测设备及布设38-43
• 3.2.1 试验监测设备38-39
• 3.2.2 传感器的基本工作原理39-40
• 3.2.3 监测系统布设40-43
• 3.3 试验结果分析43-53
• 3.3.1 降雨量统计资料43-44
• 3.3.2 路基体积含水率变化规律44-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 路基路面饱和-非饱和渗流特性的数值模拟研究54-74
• 4.1 模型的建立54-58
• 4.1.1 SEEP/W数值分析软件54
• 4.1.2 几何模型54-55
• 4.1.3 材料参数55-56
• 4.1.4 单元类型56-57
• 4.1.5 边界条件及初始条件57-58
• 4.2 数值计算模型的验证58-61
• 4.2.1 路基含水率随时间的变化规律对比59-60
• 4.2.2 路基不同高程位置含水率分布对比60-61
• 4.3 降雨条件下路基路面渗流特性的数值模拟研究61-73
• 4.3.1 数值模拟分析的工况设计61-62
• 4.3.2 结果分析62-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第五章 路面内部排水系统对路基路面渗流的影响74-85
• 5.1 路面内部排水系统简介74-76
• 5.1.1 边缘排水系统75
• 5.1.2 排水层排水系统75-76
• 5.2 路面排水系统对路基路面饱和-非饱和渗流的影响76-83
• 5.2.1 工况基本信息76
• 5.2.2 结果分析76-83
• 5.3 本章小结83-85
• 结论与展望85-87
• 结论85-86
• 展望86-87
• 参考文献87-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-94
• 答辩委员会对论文的评定意见94

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