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。     

非饱和土水分特征曲线特性

为了描述非饱和土基质吸力与含水量的关系特性,进行了室内外土体水分特征曲线(SWCC)测试,分析了试样物质成分、塑性指数、孔隙结构、应力状态等因素对SWCC测试的影响;在自然边坡、挖方边坡、填方边坡上进行了基质吸力变化规律的实测,对比了在不同应力、填土条件下基质吸力变化规律的差异性。研究结果表明:同一土体的SWCC并不惟一;可以通过同条件下的室内吸湿曲线来模拟现场基质吸力和含水量的关系;当基质吸力为100~1 000 kPa时,SWCC呈线性关系,使得基质吸力监测的可操作性大大提高。     

非饱和膨胀土的土-水特性试验研究

以南宁高速铁路弱膨胀土填筑路堤在干湿循环下,土体非饱和特性的变化规律为依托,采用压力板仪法和滤纸法测试,对南宁重塑非饱和弱膨胀土室内的土-水特性进行了研究,并与现场监测情况进行对比分析。研究结果表明:土体土-水特性在干湿循环下,存在明显滞回效应;滤纸法试验值与现场监测值更为接近,所得方程对路堤土-水特征稳定性预测效果更佳。     

考虑非饱和土基质吸力影响的路基回弹模量研究

通过室内承载板试验测试某地重塑黄土土样在不同压实度与含水量状态下的回弹模量,探讨回弹模量与两者之间的关系。同时,利用压力板仪测定土样的土-水特征曲线,进一步分析基质吸力对回弹模量的影响。     

路基黏性土剪切模量与水土特征曲线关系模型研究

路基压实土在自然环境下对水分的保持能力及相应的模量变化对路基性能演变有重要影响.为了解模量、基质吸力、含水率三者之间的关系,以某公路路基黏性土为研究对象,通过室内试验分析了压实度对土水特征曲线(SWCC)的影响,建立了相应的SWCC模型.然后通过路基现场面波试验得出剪切波速度,采用3种模型来描述剪切模量与基质吸力和含水...     

路基非饱和粉土的力学特性研究

利用重塑土样开展了土体的水土特征曲线试验和直剪试验,分析压实度、干密度、含水率及法向应力指标对非饱和粉土力学特性的影响规律。研究结果表明：非饱和粉土的水土特征曲线有典型滞后规律,尤其当土体压实度较低时,滞后规律更为显著;法向应力及含水率提升,非饱和粉土由早期剪切变形表现为软化,逐步转化表现为硬化特征,这一特征随土体干密度的提升而更加明显;随土体样本含水率提升,非饱和粉土黏聚力逐步下降,将这一规律进行线形拟合,整体拟合曲线表现为折线特征,且转折点与最佳含水率高度重合;含水率与内摩擦角间无明显相关影响规律,同等含水率水平下,土样干密度越大,内摩擦角也相对更大。     

基于MK模型推算非饱和膨胀土土-水特征曲线

根据非饱和膨胀土基本土性参数,应用MK模型推算非饱和土土-水特征曲线.模型把毛细管力和粘附力相耦合,二者均会诱发吸力的变化.并在西安--汉中高速公路(GZ40)槐树关段K5+120取膨胀土土样,测定基本土性参数.结果表明:毛管力的饱和度Sc在低吸力值时起到重要的作用,而当毛细水散失,粘附力的饱和度Sa起到决定性作用.与采用离心试验确定的土-水特征曲线相比较,基于MK模型根据基本土性参数推算非饱和膨胀土土-水特征曲线,其推算值与实测值较为接近,推算与实测土-水特征曲线形状相吻合.     

膨胀土路基毛细水上升规律及处置技术

建立了采用Richards土水运动方程和土水特征曲线计算土柱毛细水上升高度的方法,并开展了系统的数值模拟分析,研究了基底垫层的土质、级配以及厚度对膨胀土路基毛细水上升高度的影响规律.结果表明:毛细水的上升高度随着垫层厚度的增加、初始含水量的升高以及级配的变差而增加,级配对毛细水上升的影响最为显著,各垫层材料对毛细水上升的阻隔作用由优到劣依次为级配不良均匀砂、级配不良砂、石灰改性土、级配良好砾.建议首选20 cm厚的均匀砂,或者采用30 cm厚的级配不良砂或石灰改性土作为膨胀土路基垫层,这样可以有效保证路基的水稳性.     

路基土湿度动态变化的测试方法

为研究路基土湿度的动态变化特征,通过设置试验路段,进行了室内模拟试验和现场测试,对路基土含水量的变化进行了研究。根据试验数据建立了重塑土体积含水量、饱和含水量与张力的关系式,预估了土的含水量,并利用建立好的土回弹模量和土含水量的模型,进而预估了土的回弹模量的动态变化特征。结果表明,土张力与含水量之间具有较好的相关性,预估值和实测值相差不到10%,具有较高的精度。因此,采用张力计测试土张力并反演路基土的含水量是可行的,若再提高张力计的测试精度,可以更准确地获得路基土湿度的动态变化特征,并对路基的设计具有重要的指导作用。     

基于PF土-水特征曲线的非饱和土渗透特性预测

在分析总结基于土-水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据VanGenuchten土-水曲线关系式及Mualem提出的水分特征曲线与非饱和土透水系数的关系式,采用PF土壤水分特征曲线仪,以彭湖高速公路路堤填土、地基换填土为试验对象,得出填土、地基土的非饱和渗透特性随含水量和吸力变化的关系式.     

拓宽加载对旧路基附加沉降影响数值分析

基于有限元数值分析方法,对路基拓宽工程中,新路基填筑对旧路基附加沉降的影响进行了研究。选取6 m厚软土地基双向4车道的两侧拓宽工程作为数值模拟原型,新路基填筑分别采用不同的填筑、固结间隔期的分层加载方式,通过监视旧路基坡趾下方不同深度的指定观察点,提取观察点的沉降-时间曲线,分析其加载过程的沉降特征,获取不同拓宽加载方式下旧路基下地基影响深度范围内附加沉降的变化特点及沉降完成时间。研究结果表明,新路堤填筑加载总量一定时,不同填筑方式引起的旧路堤附加沉降基本为定值,根据堆载高度可以确定旧路基最终沉降量;新路堤填筑方式影响旧路堤的沉降完成时间、填筑加载时间与自然固结时间相对集中时,旧路堤完成沉降所需工期较短。     

风积沙路基土土-水特征曲线温度效应研究

风积沙非饱和土是沙漠地区公路路基主要填筑材料,其力学性能受赋存气候环境温度影响显著。为研究温度变化对风积沙路基土土-水特性影响规律,在考虑温度对非饱和土表面张力和润湿系数综合影响的基础上,推导建立能够反映温度变化效应的土-水特征曲线模型方程,并基于ASTM D5298滤纸法测试不同干密度风积沙路基土土样在20℃、40℃和60℃条件下达到平衡时的土-水特征曲线,验证建立模型的合理性。结果表明：风积沙土-水特征理论模型曲线与实测值吻合良好,相关系数均在0.93以上,模型合理有效;在高温或低吸力区,温度对风积沙土-水特性影响显著,随着温度升高,土-水特征曲线整体向右下方偏移;在含水率较低的高吸力区,风积沙基质吸力对干密度变化更加敏感,干密度越大,基质吸力越大。所得结论为利用非饱和土理论研究风积沙路基土力学性能奠定了理论基础。     

软土路基沉降预测Richards模型方法

在分析路基沉降规律和Richards曲线特征的基础上,针对常用的Gompertz、Von Bertalanffy和Logistic3种沉降预测模型的不足,基于Richards曲线的数学特征,提出将Richards模型应用于路基的沉降预测。以常用的Gompertz、VonBertalanffy和Logistic3种沉降预测模型和Richards模型进行了对比分析;并基于重复二元回归法提出了适用于路基沉降预测的四参数Richards模型。结果表明,Logistic模型、Gompertz模型和Von Bertalanffy模型为Richards模型的特例,由工程实例的预测分析证明了该模型能更好地适应实际情况的变化,适用范围更广,且预测精度更高。     

冻土路基温度场、变形场和应力场的耦合分析

基于提出的正冻土三场耦合的理论框架以及所开发的全面考虑正冻土骨架、冰、水三相介质水、热、力与变形的真正耦合作用的分析系统3G2001,对214国道花石峡试验路基实测的地温变化和路基路面变形进行了对比分析验证;根据路面冻胀融沉过程曲线,将冻土路基的变形过程分为4个阶段,即剧烈冻胀阶段、冻胀持续稳定阶段、剧烈融沉阶段和融沉持续稳定阶段,揭示了冻土路基冻胀融沉的热力学内在机制。对比结果显示:分析所得的路基温度场与实测值变化规律一致,其量化相差在10%~20%以内;分析所得耦合变形随时间的变化与实测值相一致,路中的分析变形值与实测值相差也在允许范围内。     

路基回弹模量季节变化规律研究

基于试验路段路基回弹模量与含水量、回弹弯沉的试验分析,建立路基回弹模量与含水量、回弹弯沉之间的相关关系。采用水分传感器跟踪观测路基含水量,研究路基工作状态下含水量及回弹模量的季节变化规律,提出路基回弹模量季节变化关系的建立方法,基于此方法建立的关系式可用于路基回弹模量设计取值参考,并可用于路基路面回弹弯沉验收时验收标准修正系数的确定。     

用土水特征曲线分析膨胀土的改良效果

为建立非饱和土理论与工程问题的联系,探讨用土水特征曲线来评价膨胀土的改良效果.将石灰、粉煤灰2种改良剂(均用4种掺量)掺入百色膨胀土,开展自由膨胀率试验,同时按改进葡式击实法确定的各改良土最佳含水率制备试样,通过压力板仪完成脱湿土水特征曲线试验(吸力范围5～1 000 kPa),获得不同改良土的膨胀性及土水特征曲线线系...     

土工格栅二灰土加宽路基的力学特性

以青岛—银川高速公路济南至青岛段某加宽段改扩建工程为依托,对土工格栅二灰土加宽路基施工力学特性进行对比分析,得出以下结论:(1)土工格栅与二灰改良土有效控制了路基竖向位移的发展,竖向位移以新、旧路基坡脚处为中心呈现近似弧形辐射衰减;(2)加筋材料摩擦效应有效抑制了路基填土的挤出变形,加筋后的路基填土的水平变形明显减小,有利于改善路基整体受力特性,路基水平位移受时间效应影响较小;(3)铺设土工格栅形成明显的网兜效应,路基填土塑性区的发展得到有效控制;(4)剪、压破坏塑性区主要集中在路基与旧路基结合的坡脚处,这与位移场计算结果相一致,在设计与施工中应予以关注;(5)加宽路基竣工后,水平位移先增大后减小表现出一定程度的非线性,宏观上表现为鼓状变形.土工格栅与二灰土改良有效控制新路基水平位移的发展并满足其稳定性要求,后期路基水平位移主要由土工格栅拉伸引起的.