降雨条件下山区公路路基水分运移特性研究

发布时间：2017-10-23 11:39

  本文关键词：降雨条件下山区公路路基水分运移特性研究

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【摘要】：路基作为道路的基础,是道路结构的重要组成部分,它的工程特性在一定程度上决定了道路的工程性能及使用性能。在影响路基工程特性的众多因素中,含水量的作用较为突出,很多路基病害都是由水引起的,如路基失稳、沉陷等。这是因为路基的含水量较大时,其结构强度会大幅度下降;同时,路基含水量发生变化时,其渗流运动会对路基内部土体产生冲刷作用,影响土体结构的稳定性。降雨是路基水分的主要来源:一方面,雨水会通过路面结构缝隙、裂缝及边坡等渗入都路基中,改变路基的含水量及其分布;另一方面,由于山区挖方路段的路基接近甚至低于地下水位线,降雨会对地下水进行补给,并通过毛细作用渗入路基。研究降雨条件下路基水分的运动特性,有助于了解路基渗流及其含水量变化、分布规律,为路基工程及其排水系统设计提供参考。本文首先从非饱和土理论出发,深入分析了非饱和土的力学特性、土-水特征曲线以及路基中的非饱和土问题。并利用darcy定律,结合土水势理论、饱和-非饱和渗流理论及其微分方程、定解条件等,深刻地剖析了路基的饱和-非饱和渗流问题;其次,用入渗量、入渗率及渗透系数等参数对路基降雨入渗机理及过程进行了详细的描述,并介绍了几种降雨模型及其入渗边界;最后,对路基降雨入渗数值仿真实验及现场水分监测试验的数据进行全面分析,并总结了路基水分在降雨条件下的变化和分布规律。本课题的研究以广州市北二环高速公路为工程背景,其重点是通过在试验路段的路基(填方、挖方)中埋设大量的土壤水分计和孔隙水压计,对路基含水量及孔压进行长期监测;并运用专业渗流分析软件对这两种路基建立了有限元模型进行降雨入渗的数值仿真实验,通过对比分析现场试验及仿真实验数据,归纳总结路基水分运移规律;最后,结合工程实际情况,对试验路段的排水系统进行了优化设计。
【关键词】：路基 降雨 渗流 含水量 现场试验
【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】：U416.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究问题的提出以及意义11-14
• 1.1.1 研究问题的提出11-13
• 1.1.2 研究的意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 非饱和土研究现状14-15
• 1.2.2 饱和-非饱和渗流研究现状15-17
• 1.2.3 国内路基路面排水研究现状17-18
• 1.3 本文的主要研究内容及思路18-20
• 1.3.1 本文研究目的18
• 1.3.2 本文的主要内容18-19
• 1.3.3 本文的研究思路19-20
• 第二章 饱和-非饱和土渗流理论应用于路基的简要分析与讨论20-35
• 2.1 非饱和土的基本理论20-26
• 2.1.1 路基中非饱和土问题简介20
• 2.1.2 非饱和土的应力特性20-23
• 2.1.3 土-水特征曲线及其讨论23-26
• 2.2 饱和-非饱和土渗流的基本理论及其在路基工程中的应用讨论26-33
• 2.2.1 路基土中水的赋存状态及其作用分析26-27
• 2.2.2 土水势理论27-28
• 2.2.3 Darcy定律28-29
• 2.2.4 饱和-非饱和渗流基本方程29-33
• 2.3 本章小结33-35
• 第三章 公路路基降雨入渗的机理分析35-45
• 3.1 路基降雨入渗的机理35-39
• 3.1.1 入渗率（入渗能力）36-37
• 3.1.2 入渗量37-38
• 3.1.3 渗透系数38-39
• 3.2 路基降雨入渗过程分析39-41
• 3.3 降雨模型及边界条件41-44
• 3.3.1 降雨模型41-43
• 3.3.2 路基入渗边界条件43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 降雨作用下北二环公路路基渗流规律的数值仿真分析45-67
• 4.1 山区填方与挖方路基渗流有限元模型建立45-51
• 4.1.1 GeoStudio渗流分析软件的主要功能模块45-46
• 4.1.2 几何模型建立及单元网格划分46-47
• 4.1.3 模型参数选取47-48
• 4.1.4 分析工况、边界条件以及初始条件设定48-51
• 4.2 路基水分运移数值仿真结果分析51-66
• 4.2.1 降雨入渗对路基含水量的影响51-63
• 4.2.2 降雨入渗对路基孔隙水压的影响63-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 多雨山区高速公路路基含水量现场测试与分析67-91
• 5.1 试验路段工程概况67-69
• 5.1.1 工程简介67
• 5.1.2 工程地质地貌67-68
• 5.1.3 水文气象68-69
• 5.2 现场测试69-75
• 5.2.1 总体方案设计69-70
• 5.2.2 传感器布置70-73
• 5.2.3 数据采集73-75
• 5.3 测试结果分析75-87
• 5.3.1 降雨作用下路基含水量变化规律分析75-84
• 5.3.2 路基含水量季节变化特征分析84-86
• 5.3.3 路基含水量及孔隙水压力变化规律总结86-87
• 5.4 排水优化设计87-90
• 5.4.1 路基路面排水系统87-89
• 5.4.2 排水系统优化89-90
• 5.5 本章小结90-91
• 结论与展望91-93
• 结论91-92
• 展望92-93
• 参考文献93-97
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果97-98
• 致谢98-99
• Ⅳ-2答辩委员会对论文的评定意见99

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