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。     

基于湿软路基湿度应力场模拟分析

应用温度应力场和湿度应力场的相似性原理,采用有限元软件进行模拟分析湿软路基遇水作用时的湿度应力问题.针对湿软路基不同情况进行数值模拟分析,对比模拟计算结果,得出土路基遇水作用后的变形和应力分布规律,供湿软路基设计施工参考.     

低温冻土地区的软土路基蠕变沉降数值分析

为了研究低温冻土地区软土路基蠕变变形规律,考虑低温和含水率对软土路基蠕变特性的影响,结合KBurgers-MC模型,建立了软土路基的蠕变损伤本构模型。利用C++语言编写了蠕变损伤模型动态链接库文件,通过FLAC~(3D)软件对东港高速公路软土路基蠕变进行数值计算,计算结果表明:桩长对软土路基蠕变沉降有着重要的影响,增加桩长后软土路基蠕变沉降量、蠕变速率和塑性区明显减小;低温环境下含水状态的路基蠕变沉降值小于干燥状态,然而当含水率超过一定界限时路基会发生冻胀现象,导致蠕变沉降量增大;路基的蠕变速率随着温度的升高逐渐增大。将现场监测与数值计算结果进行比较,验证了数值计算的准确性,研究结果对于北方沿海软土路基蠕变沉降的防治具有指导意义。     

通风管路基的调温机理

考虑通风管路基中通风管的空气对流换热特点,摈弃把通风管的影响作为边界条件处理的方法,建立多年冻土区的通风管路基的数值模型,对设置和未设置风门的通风管路基的温度特性进行数值模拟,分析2种情况下通风管路基的调温效果,为多年冻土区的路基工程的建设和安全运营提供技术支撑.研究表明:通风管路基能够明显地降低冻土地基的温度,提高冻土的人为上限;与无风门的路基相比,有风门的通风管路基降低冻土地基的温度的效果更加明显,降温作用发生得更早,冻土人为上限的提高幅度更大,路基中心和路肩下的地基温度降低更快,且温度分布较均匀,路基温度稳定所需要的时间减少.     

红砂岩强度与其含水率关系的研究

红砂岩强度受含水率影响巨大,从宏观和微观上分析认为主要与其成分有关,采用数值模拟研究建立了红砂岩强度与含水率的本构关系,并通过设计实验验证了红砂岩强度与含水率的关系,对利用红砂岩填筑公路路基具有一定的意义。     

塑料排水板处理软土路基的载荷蠕变试验与工程应用

通过现场载荷试验、数值模拟与监测等手段,综合研究了塑料排水板处理软土路基的蠕变特性.两级荷载下的蠕变沉降曲线具有很高的相似性,而侧向蠕变速率则接近于零;然后,采用室内试验得出的土体参数对上述试验过程进行了三维数值模拟,证明考虑蠕变时的沉降计算结果比不考虑蠕变时更接近实测值;最后,将验证后的计算方法与参数应用于某高速公路路堤施工期沉降计算,并与实测结果进行了对比分析.     

细粒土路基平衡密度状态分析

为掌握细粒土路基的平衡密度状态及其变化原因,统计分析9条高速公路路床顶部的压实度和含水率检测资料,对3条黄泛区高速公路路基的压实度、含水率以及1条高速公路的路基模量进行全断面深度检测,并开展非饱和细粒土的湿化试验和弹性恢复试验。现场实测发现：在役路基除了实测含水率较最佳含水率有0~13.8%的增加外,相应的压实度出现了0~10%的线性衰减;其中,路床区、上路堤以及受水位波动影响较大的路基底部的压实度降低十分明显,而下路堤上部区域压实度基本维持不变甚至有所增大;路基压实度的变化与土的含水率密切相关。非饱和土三轴试验结果表明：土体湿化过程中,吸水导致体积膨胀和压实度衰减;当路床土吸湿至平衡湿度（含水率为18%）时,土体压实度降低5.07%。弹性恢复试验结果表明：压实路基土因变形恢复导致路基密度衰减;低含水率、高压实度和低上覆荷载条件下的弹性恢复较大,压实路床土弹性恢复导致的压实度降低值最大为0.5%;综合湿化和弹性恢复结果来看,两者占黄泛区路床区压实度衰减总量（约7%）的79.6%;此外,路基剪切模量的原位实测值较相同物理状态下的室内重塑土结果平均高出了60.64%,表明运营多年的高速公路路基土具有一定的结构性。因此,既有路基的评价应该同时考虑路基湿度增加、密度降低以及土体结构性等综合因素。     

哈大高速公路路基土湿度对CBR的影响

为研究路基土湿度状况对CBR值的影响,通过设置试验路段,对路基土湿度状况进行了调查,并对路基土CBR值进行了现场贯人试验.根据试验结果建立了路基土CBR值与含水率、稠度的关系式.结果表明:哈大高速公路路基使用多年后含水率稳定在20％左右,平衡湿度范围为17.5％～21.2％;路基土CBR值与含水率、稠度之间具有良好的相关性.     

非饱和路基土电渗排水数值模拟及水分迁移研究

电渗排水是降低运营期过湿路基含水率的有效手段,经典饱和土电渗理论在分析路基含水率变化时误差较大,为此,文中提出非饱和土电渗水分迁移方程、构建非饱和土电渗数值仿真模型,对其水分迁移规律进行研究。结果表明,数值模型结果与实测结果误差在2%以内,仿真效果良好;非饱和土电渗排水是先产生湿度梯度,后水分逐渐迁移至平衡的情况,整体排水速率先上升后下降,峰值大小与加载电势正相关,达峰时间与加载电势负相关。     

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。     

毛细阻滞型路基湿化病害中吸力分布规律

路基中的水分运移是引起公路湿化病害（工后沉降、差异沉降以及承载特性变化）的主要原因。然而,现有路基处理加固方式均属于内在处理,不能从本质上解决水分运移引起的病害,不仅增加成本,并且其长期性能尚不清楚。针对现有非饱和路基的内部水分运移规律进行研究,根据非饱和路基水分运移规律,一种新型路基形式被提出。在路基填土边坡上添加毛细阻滞层,进而有效减小路基中的水分运移。基于CODE_BRIGHT软件,通过比较有无毛细阻滞层的孔隙水压力和体积含水率分布,验证了毛细阻滞层在非饱和路基中的可行性。结果表明,毛细阻滞层下的路基,基质吸力变化明显减少。其影响范围缩小了80％,影响深度仅涉及到路基顶部．基质吸力的变化仅占普通路基的13％。根据吸力变化趋势可以预见,毛细阻滞层可以有效地降低路基的工后沉降和不均匀沉降。     

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。     

季节冻土区高铁路基保温层稳定作用研究

针对西宁至成都高铁若尔盖湿地段路基工程，基于传热方程、水分迁移方程与力场平衡方程建立季节冻土区高铁路基冻胀的水热力耦合模型，对比分析普通路基和保温路基的温度、水分和位移特征差异。结果表明：保温层有效降低路基的冻胀量，同时减小左右路肩的冻胀量差；保温路基与普通路基的总含水量分布相似，由于保温层将冻结锋面完全阻止在保温层内，其冻深远小于普通路基。     

季节性冻土的水-热-力建模与数值分析

为了防治季节性冻土区由水-热-力相互作用引起的道路病害,对季节性冻土水-热-力耦合问题进行了研究。根据季节性冻土的特点,重点考虑了基质势和压力势与温度的关系,给出了季节性冻土水-热-力三场耦合的数学模型,并将耦合问题归结为求解一个非线性、非稳态温度场微分方程,含水量、应力及蠕变变形都可以在温度求解以后算出。详细推导了该方程的数值解法,包括有限元方程、时间域离散及迭代方法。最后对国道G109橡皮山段季节性冻土区公路路堤进行了数值模拟,对计算值与实测值做了对比。结果表明:采用水泥加固砂砾垫层的对比断面与采用砂砾垫层的原断面相比,其温度更低,含水量及预测的路面变形量更小。     

干湿路径对路基压实土剪切模量的影响规律研究

为探究气候变化诱发的路基土水分迁移对其力学性能的影响，在最优含水率和平衡含水率之间制备不同初始压实含水率的试件，经历干燥或湿润过程以模拟现场路基土的水分迁移，在此基础上进行非饱和土常含水率三轴剪切试验，分析其含水率、干湿过程、围压及孔隙比等因素对土体剪切模量的影响规律。结果表明:在最优含水率与平衡含水率之间，剪切模量与含水率具有良好的幂函数关系，且剪切模量随含水率的增加而减小；在相同含水率的条件下，由湿变干的剪切模量值比未经干湿变化的大，由干变湿的剪切模量值比未经干湿变化小；剪切模量随围压的增大略有增加，但较含水率及孔隙比而言，围压对剪切模量的影响较小；孔隙比越小，剪切模量越大，且含水率变化对剪切模量的影响在孔隙比较小时表现更加显著。     

湿度对青藏公路多年冻土路基稳定性的影响

水是影响冻土路基稳定性的重要因素之一。通过现场调查及测试,分析了青藏公路多年冻土地区路基的主要病害类型及典型路段路基湿度的分布规律,在此基础上分析了湿度对路基病害的影响,研究结果证实:水是造成路基变形的关键因素,土体含水量的增大还会加剧路基变形,进一步影响其稳定性。     

公路路基含水量预估方法研究

为了确定不同降水可靠度条件下的路基含水量变化区间,应用统计学原理对试验路所在地区降水量历史数据进行分析,采用区间估计法计算了不同可靠度条件下的降水量区间。并在试验路段埋设湿度传感器,对同一时期路基含水量和降水量进行同步实时观测,建立了降水量与路基含水量之间的函数关系式。结果表明：路基含水量与降水量之间具有较好的相关性,可靠度为95%、90%、85%时,某地区降水量区间分别为[14.8,19.6],[15.2,19.2],[15.4,19.0]。     

广州北二环高速公路路基含水率现场测试研究

为了研究路基含水率的变化情况,以广州市北二环高速公路某段为依托,采用在路基中埋设土壤水分计和孔隙水压计的方法,对路基含水率以及孔隙水压力进行了测试研究。结果表明:路基含水率及孔隙水压随降雨条件而变化,但是不同类型路基的变化情况及幅度有所不同。因此,必须做好不同类型路基的排水设计和施工,确保其强度和稳定性。     

电石灰改良盐渍土土水特征试验研究

测试电石灰改良土的土水特征曲线是电石灰改良土路基潮湿状态分析的关键。采用张力计法测试了不同压实度的电石灰改良土的土水特征曲线,利用非线性最小二乘法反演了van-Genuchten模型中的参数,分析了van-Genucht-en模型拟合电石灰改良土土水特征曲线的效果。结果表明：随着电石灰改良土体积含水率增加,改良土基质吸力逐渐减小;随着压实度的提高,电石灰改良土的体积饱和含水率升高,相同体积含水率的电石灰改良土的基质吸力增大;van-Ge-nuchten模型能很好地拟合电石灰改良土土水特征曲线。研究为电石灰改良土路基的潮湿状态分析提供了试验基础。