多雨山区路基渗流特性现场试验研究

为研究多雨山区路基渗流特性,在广州某山区高速公路的一般挖方路基、隧道口挖方路基及填方路基不同深度处埋设TDR水分传感器,监测降雨条件变化对路基含水率的影响。结果表明,降雨量带来路基湿度的显著变化,强降雨季节增湿明显;不同断面形式路基的含水率受降雨影响的程度由大到小依次为隧道口较近处、挖方路基碎落台、挖方路基硬路肩、隧道口较远处、填方路基硬路肩;良好的路面结构能有效阻隔雨水入侵路基内部。     

非饱和土路基毛细作用分析

为研究毛细作用对非饱和土路基土含水量的影响,分析了非饱和土路基毛细作用现象机理,探讨了毛细水上升高度的影响因素,在土颗粒等粒径假设下导出了毛细水上升高度与时间、土颗粒大小排列关系及毛细水半径效应;利用多孔介质理论建立路基土毛细作用多孔介质模型,探讨了多孔介质模型下的非饱和土渗透率关系;基于毛细水流质量守恒和路基毛细作用模型及土-水特征曲线,求得路基毛细水达到最大高度所需要的时间和单位体积路基土毛细作用下含水量的变化关系。路基含水量与地下水位(GWL)具体试验观测数据对比表明:毛细作用对路基含水量变化的影响较显著。     

降雨渗流作用对路基含水量影响分析

通过埋设FDR湿度传感器进行路基含水量观测试验,研究了降雨强度、路基土孔隙率、路面状况等因素对降雨渗流效果的影响。试验结果表明,降雨强度由8 mm/d增加到65 mm/d时,路基瞬态含水量增加19%～25%;与降雨强度相比,路基土孔隙率对路基含水量的影响相对较小;路面未发生损坏时降雨渗流作用对路基含水量的影响范围主要分布在路基顶面以下0.4 m,路面结构损坏后影响区域增大到路基顶面以下1 m。     

排水型沥青路面在揭博高速公路的应用与研究

排水型基层沥青路面对于解决半刚性基层沥青路面因水敏感而出现的严重水损坏问题具有较好的效果。依托揭博高速公路实体工程,对主线结构及ATPB基层排水型沥青路面力学响应及疲劳寿命进行了对比分析。对适宜广东地区的排水型沥青混合料ATPB的级配进行了优化,开展了排水型沥青混合料的性能研究。通过在排水型沥青路面试验段的填方及挖方段布设湿度传感器,并进行了跟踪观测,结果表明:排水型沥青路面疲劳寿命较主线结构更优;挖方路基段更有利于排水基层排水功能的发挥,排水型基层具有优良的排水的效果。挖方路基湿度受雨水影响较大,应加强对边沟等排水设施的处理以充分发挥其排水功能。     

环境温湿度作用下路基强度衰变试验分析

该文以环境场温度和湿度作用下典型路基土为研究对象,结合室内环境模拟条件下路基回弹模量测试试验及现场路基湿度与模量测试试验,研究路基强度的衰变特征。试验结果表明:室内环境模拟试验与现场测试结果相吻合,路基回弹模量受土质类型、路基含水率状态影响显著,建议公路路基设计应考虑含水率变化影响,细粒土填料应在最佳含水率附近压实,并做好防排水设计,以保持路基湿度与强度状态。在南方非冰冻区或北方季冻区,当路基土存在地表渗水或地下水等外来水源补给时,受环境温度及湿度循环作用,路基湿度将从最佳含水率状态向平衡湿度状态过渡,公路路基湿度增幅均高达10%～15%以上,路基模量急剧衰减,降幅约50%。同时,现场测试试验还表明当能有效控制地表或地下水源补给时,保障路基处于干燥或中湿状态,可明显减缓环境温湿度产生的路基湿度状态及回弹模量不利影响。     

湿润地区毛细阻滞层路基防渗作用的数值分析

针对路基湿化过程中抗剪强度降低问题,基于非饱和土力学渗流理论,提出了采用毛细阻滞层降低路基沉降的方法。采用数值模拟方法,对比分析了在湿润气候的极端降雨条件下,传统路基和含有毛细阻滞层的路基强度、变形和安全系数的变化。结果表明在湿润气候下,毛细阻滞层仍能有效地减少降雨对路基内孔隙水压力分布的影响,从而减少路面变形,提高路基的稳定性。     

非饱和土路基的毛细作用及其影响因素分析

分析了非饱和土路基的毛细作用机理,探讨了毛细作用对路基湿度及强度的影响,基于达西定律及质量守恒定律,建立了描述非饱和土毛细作用的水分运动方程.通过引入算例,得到了非饱和土路基毛细作用下的湿度变化规律及毛细水上升高度,最后研究了不同因素包括路基高度、初始填筑含水量、渗透系数等影响下的非饱和土路基的毛细作用.结果表明,提高路基高度可以减小毛细作用对路基整体湿度的影响；初始填筑含水量越大,毛细作用越明显；路基填土的渗透性越好,毛细水上升速度越快；不同填土类型所表现出来的毛细作用与填土本身的土水特性有关.     

公路中央分隔带渗水规律研究

根据非饱和土的渗流理论,采用有限元软件对不同宽度、不同降雨强度、不同降雨历时下的公路中央分隔带入渗规律及对路基路面的影响,进行系统的对比分析。结果表明不同宽度的中央分隔带具有比较接近的渗水规律,但由于渗水量的不同,导致对路面结构的影响范围不一样。渗入水的横向扩散对两侧路面结构的影响会超过3m,竖向渗透将影响2～4m范围内的路基土湿度。建议对中央分隔带应该同时重视表面排水和内部隔、排水。     

沥青路面集中排水影响分析与响应识别

如何通过路侧排水口将路面径流快速排出是路面集中排水设计需要解决的关键问题。为了分析路面宽度和坡度变化对集中排水的影响，准确识别集中排水条件下排水口泄流能力与影响范围，基于水动力学理论得到路面二维浅水方程，考虑降雨、地形、流体阻力等因素对路面径流变化的影响作用，建立路面径流运动变化分析模型，并采用实际观测数据对模型参数进行验证。结合实际工程建立路面数字高程模型，在设计降雨条件下，分析路幅宽度增加和坡度变化对路面径流深度分布和路面集中排水能力的影响作用，对比不同坡度组合下的路面排水量，并识别路侧排水口影响范围。研究结果表明：路面排水量、路面径流流速、路面径流汇流时间是路面集中排水研究需要考虑的重要方面；采用路缘石开口进行集中排水时，路侧缘石对路面径流的汇流过程具有明显的拦阻作用，路肩范围内出现壅水现象；较低的路缘石高度可以减少路侧壅水对外侧行车道的不利影响，进而提高路面行车安全；对于模拟条件下（横坡2%）的固定排水口布置形式，存在相应的排水最优路面纵坡值范围（1%~1.2%）；路面径流的汇流方向与路面合成坡度方向不一致，当路面宽度增加时，路面汇流路径增长显著，路宽24.5 m时，路面径流没有就近从排水口流出，汇流路径沿道路纵向超过70 m。     

黄泛区粉土路基强度衰减对路面结构的影响分析

为了揭示黄泛区公路路面结构早期破损严重的机理并提出合理的处治措施,有必要深入研究粉土路基支撑强度的影响因素、变化规律及对路面结构的影响程度。采用现场调查、室内试验及理论分析,研究了粉土路基含水量分布规律、路基强度衰减规律及路面结构的受力特征,并提出相应的处治措施。结果表明,黄河冲积平原区粉土路基具有强烈的毛细现象及水敏性特征,在上部雨水渗入与底部毛细水上升影响下路基含水量有显著变化,易使路基强度发生衰减,造成耐久性严重不足,并由此找出了路基强度随含水量的变化规律。针对道路重载运营条件使联合路基强度衰减而造成该地区路面结构早期破损严重的情况,对路床区进行掺灰处理获得了较好的模量搭配,有效提高了路基的支撑能力和抗变形能力,使疲劳寿命显著延长,耐久性相应提高。     

大气作用下非饱和黄土路基湿度变化及影响因素研究

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。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。     

关于路基排水沟深度的讨论

一、概述路面过早产生变形破坏,往往都是先患于路基的不良结果。在影响路基的强度和稳定性诸因素中,多数与路基土的含水量有关。地下水的存在和排水措施是引起路基破坏的重要原因。当地下水和土壤毛细水浸入路基持力层内而地面纵坡又大干3％的路堤,且具有良好的路基排水条件,此时排除路基地下水的主要措施是降低地下水位。降低地下水位的目的,在于使路基保持最佳含水量状态,确保路基持力层强度。然而,路基地下水位降到什么位置才能保证持力层保持干燥状态,本文就这个问题     

非饱和土路基降雨渗流分析

基于路基内部水运动原理,分析了降雨对路基的浸润作用,探讨了IEM和FDEM降雨模型雨水入渗路基机理,推导出降雨作用下雨水入渗路基深度公式;研究了降雨作用下非饱和土路基的饱和-非饱和流,基于一般渗流方程的基础上,初步推出了降雨作用下非饱和土路基的饱和-非饱和渗流公式。结果表明,降雨主要通过雨水对路面裂缝、路堑边坡渗流作用及毛细作用来浸润路基;路基渗流深度受降雨强度、降雨时间、土的吸水率等因素影响;最后,根据提出的公式进行数值模拟,模拟结果与试验对比吻合较好。     

多雨地区路基湿度季节变化特征的现场监测

为了解路基湿度场随气候季节性的变化规律,选取福建省浦南高速公路两个路段路基,通过埋设雨量传感器和路基土水分传感器进行了为期1年的湿度场实时监测。监测成果表明,工程区降雨与路基湿度峰值均出现在3月份和7月份,体积含水量变化最大值达25%,最大变异系数达14.45%,路基土湿度与降雨基本上呈现良好的正相关性,土体湿度变异性峰值主要集中在3月~7月的雨季,且主要分布在路床顶面以下40~60 cm处。因此,采用平均稠度法确定老路基的干湿类型时,建议最不利季节为每年的3月份和7月份;为保证路基处于干燥或中湿状态,需加强路基排水措施;路基土施工时,建议在最佳含水量湿侧2%附近进行压实,有利于减少路基湿度的变化。     

降雨入渗条件下新型路面排水系统性能研究

为实现路面结构快速有效排水,基于非饱和渗流理论,提出采用复合土工合成排水材料的新型路面排水系统,该系统由三部分组成,从上而下依次为水力传导层、毛细防渗层和隔离层。开展了新型路面排水系统模型试验和数值模拟分析以研究降雨入渗条件下新型路面排水系统性能;模型试验通过在路面结构的基层和路基分别设置张力计,实时监测基层和路基基质吸力变化;采用控制变量方法,建立考虑非饱和渗流的数值分析模型,分析新型路面排水系统设置位置、厚度、坡度对排水性能的影响。研究结果表明:新型路面排水系统可将入渗水快速有效排除,基层材料在试验过程始终处于非饱和状态,并在降雨停止后第10min基层的基质吸力开始回升;新型路面排水系统能够防止水下渗至路基,降雨过程中路基土的吸力始终保持在初始吸力值;采用新型路面排水系统时,基层体积含水率在降雨过程中不断上升但未达到饱和体积含水率,在降雨停止后基层体积含水率呈现小幅下降,路基体积含水率则保持不变;在面层和基层之间、基层和路基之间均设置新型路面排水系统更有利于控制基层吸力和体积含水率;增加新型路面排水系统厚度和坡度可在一定程度上减小基层材料的含水量,提高基层承载比;研究成果可为新型路面排水系统工程应用提供理论依据。     

砂性土路堤填料毛细水上升试验分析

为分析砂性土路基填料的毛细水上升规律,文章依托某高速公路,通过施工现场取样,在了解砂性土样的基本性质后,通过室内试验分析了压实度、温度、含水量对毛细水上升规律的影响。结果表明：压实度对毛细水上升高度的影响较大,随压实度增加,砂性土毛细水上升高度也随之增加,路基压实度应高于95%;环境温度对其影响较小,随温度升高毛细水上升高度略有增加;含水量对毛细水影响较显著,随含水量的增加,毛细水明显下降,路基填料含水量应控制在9%～10%。     

福建高速公路沥青路面排水体系数值分析

福建省多雨潮湿,降雨对高速公路沥青路面性能和行车安全影响非常大。福建省在研究和长期实践基础上形成了非常有特色的沥青路面排水体系,为了检验其有效性,进行了高速公路沥青路面排水体系的数值分析。基于Biot动态固结理论的Lagrange有限差分方法,建立了路域3D模型。考虑降雨、表面径流、路面结构内部及地下水流动等因素,进行了超高缓和段路表集水状况、路面结构内部层底集水深度和孔隙动水压力、路面边部排水和中央分隔带排水设施排水能力进行模拟分析。分析时考虑了动态移动荷载、动水场作用下的多孔路面结构的动态流固耦合,但计算时不考虑蒸发作用。结果表明:(1)采用移动路脊法设计后,超高缓和段的路表雨天集水次数可减少85.7%;(2)组合式基层沥青路面结构自由水完全排出时间为0～5 d;与半刚性基层沥青路面结构相比较,组合式基层沥青路面结构中沥青层底无自由水天数可增加180%,同时沥青层层底孔隙动水压力相应可降低73.5%;(3)福建高速公路排水设施排水能力均有一定富裕,路基顶面横向排水管、碎石透水层、级配碎石层底横向排水管、集水井和缝隙式纵向排水沟的排水最小富裕度分别为96.7%,95.1%,73.5%,41.3%和26.9%;(4)根据数值分析结果,可以对排水设施尺寸或设置间距等进一步完善。     

多年冻土地区公路挖方路基稳定性分析研究

通过对G109青藏公路进行调查研究,多年冻土地区挖方边坡不良地质作用主要为冻融引起的边坡失稳及坡面变形,以及开挖引起边坡水及地下水汇集造成涎流冰。经对多年冻土区影响路基稳定性因素分析,提出将路基挖方边坡防护作为一项系统工程来处理,探索多年冻土区路基挖方边坡设计及施工的有效措施。     

初始湿度影响降雨入渗路基湿度场演变规律数值试验研究

为研究土质路基湿度场受其初始湿度影响所产生的形态分布与变化问题,分别构建了5种具备不同初始湿度的路基数值试验模型,通过分析二维入渗方式的降雨试验结果,总结了不同初始湿度影响下路基湿度场扰动区的分布特征,以及扰动区扩距与扩速、路基湿度与梯度等指标变化的主要规律,并阐述其根本机理。研究结果表明:降雨入渗路基产生湿度扰动区的形态与变化显著受到路基初始湿度差异影响;除坡表之外,扰动区同测位的路基湿度随初始湿度增大基本呈线性增长,且测点距离坡表越远,线性的斜率越大;扰动区扩距随着初始湿度增大基本符合线性递增变化;初始湿度越大则路基土的初始渗透系数越大,扰动区扩展速度越快;整个湿度扰动区可划分为前、后两个区域,后区湿度值较大、梯度值较小,而前区与之相反,且随着路基初始湿度增大前扰动区的湿度梯度基本呈指数减小。     

半填半挖红粘土路基非饱和渗流与变形数值模拟

针对半填半挖路基,建立非饱和土流固耦合有限元模型,进行雨水入渗条件下红粘土路基边坡渗流与沉降变形耦合的数值模拟,计算出降雨条件下路基含水率及孔隙水压力发展变化情况,并分析填挖方不同渗透性对路基差异沉降的影响,对比边坡防护前后降雨入渗对差异沉降变形的影响。分析得出:半填半挖路基降雨入渗时,填方土体入渗快于挖方土体,随着时间的增加,饱和区逐步扩大,红粘土路基发生湿软变形,填挖交界处产生差异沉降,通过采取路基顶面及坡面的防水处理,能显著降低雨水入渗对路基内部渗流场和应变场的影响及由此造成的湿化差异沉降变形,路基边坡竖向以及侧向变形均有大幅度减小。