路面结构内部排水系统排水效果的数值分析

基于饱和-非饱和渗流理论,利用有限元分析软件,分别建立了具有边缘排水、排水基层和排水垫层等单一路面结构内部排水子系统的路基路面二维数值模型,旨在研究降雨入渗条件下,各排水子系统的排水功能与效果。分析结果表明:在排除面层结构内部积水方面,排水基层的效果最优;在水分消散后,排水垫层能使面层结构处于较低的含水率状态,但使得底基层含水率较高;边缘排水系统和排水基层均可缩短底基层受雨水影响的时间;各路面结构内部排水子系统均可减少水分下渗至路基,但排水垫层的效果最好。     

排水沥青混合料透水性能的评价研究

排水沥青面层的主要功能为排水功能，即在降雨期间，雨水通过结构内部的孔隙排出路面，使路表保持相对干燥，从而提高行车安全度，排水功能的大小与混合料的透水能力有关。根据水流在其结构内部的流动特征，本文提出了透水能力的计算和测试方法。通过在不同空隙率和坡度条件下对排水沥青混合料的透水能力进行测试。得到了混合料透水能力与其混合料空隙率和路面横坡，以及混合料目标空隙率与降雨强度的关系，用于指导排水沥青面层的结构设计和混合料组配设计。     

上海暴雨条件下半透式路面径流控制效果研究

通过确定上海地区暴雨降雨过程线,结合半透式路面结构内雨水入渗过程分析,基于水力学基本理论,确定了透水路面渗流指标计算模型。对半透式路面典型道路结构的渗蓄性能进行计算,得到其径流控制效能。为透水路面径流控制效果评价提供了有效的计算方法和案例,为透水路面的径流控制效果评价和推广提供了技术支持。     

透水慢行系统结构设计体系研究

在深入分析透水混凝土路面和透水沥青路面的结构形式后,提出了两种透水路面相应的典型结构形式及其适用性。在此基础上,建立了透水路面的降雨条件四级分级标准,并确定了各分级条件下的透水路面结构排水系统设计方案:提出了城市透水路面的交通条件三级分级标准,确定了透水路面结构的设计流程。     

带边缘排水系统的排水性基层路面结构排水性能分析

为了分析带边缘排水系统的排水性基层路面结构的排水效果,基于非饱和渗流理论,对高速公路路面结构降雨入渗进行数值模拟分析,建立了二维路面结构渗流分析模型,并采用AASHTO评价指标t50进行排水性能评价.结果表明:在没有内部排水系统的路面结构中雨水排出很慢,并会在基层与底基层中长时间滞留;带边缘排水系统的排水性基层路面结构...     

路面结构排水设计及排水数值模拟

路面下层结构自由水是加速路面损坏重要原因。以平原微丘高速公路为工程实例,设计了公路排水系统并模拟了降雨情况下公路面层、基层结构内部含水量,通过有限元计算得出以下几点结论:在降雨期间t=800 s时面层体积含水量为8.1%,达到饱和状态,随着时间增长雨水逐步下渗,降雨后约6 h排水基层体积含水量达到峰值为10.9%,在排水系统有效运行下雨停后一个月可排出50%自由水;对带裂缝公路进行渗水量模拟并与无裂缝公路对比分析可知二者路面排水基层含水量相差5%,说明裂缝导致雨水渗入量增大不少,易加速路面损坏。     

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。     

多孔路面排水模型

该文主要描述了透水性路面面层排水模型,建立了透水性路面渗透性与路面几何特性以及降雨强度之间的关系.理论模型采用独创的装置在试验室进行验证,主要模拟透水路面上的降雨,并且在渗透过程中量测不透水层上水的深度.根据试验数据,给出了对透水性路面设计具有指导意义的图表.用该图表可改进透水路面的设计,而一般的设计仅依据力学强度来决定.     

沥青稳定碎石透水基层混合料组成设计的研究

沥青稳定碎石透水混合料用于路面结构基层在很大程度上改善和提高了路面结构的排水性能,同时又不降低其结构承载性能.本文基于国外对大孔隙透水材料的试验研究和实际使用状况,针对沥青稳定碎石透水基层混合料的特性,提出了可行的满足路面使用性能的组成设计方法.     

沥青稳定碎石透水基层混合料组成设计的研究

沥青稳定碎石透水混合料用于路面结构基层在很大程度上改善和提高了路面结构的排水性能。同时又不降低其结构承载性能。本文基于国外对大孔隙透水材料的试验研究和实际使用状况，针对沥青稳定碎石透水基层混合料的特性，提出了可行的满足路面使用性能的组成设计方法。     

透水铺装雨水入渗模型与影响因素相关性研究

为了更加准确快捷地预测透水铺装内部的雨水渗流过程,探究降雨参数与路面设计参数对其渗流性能的影响,提出透水铺装雨水入渗模型,并针对影响因素的相关性进行研究。首先,基于地区水文气象资料与路面材料渗透特性,利用数学模型对降雨阶段关键参数进行量化研究,并从降雨强度与材料渗透能力的角度对雨水入渗的物理过程进行分阶段刻画,最终建立透水铺装雨水入渗-储水-排空模型。其次,针对该模型的诸多输入参数,进行正交设计试验计算各参数与径流控制率的相关性,寻找关键控制指标;基于该结论拟定典型透水铺装结构组合,选择不同降雨重现期、降雨历时与时程雨型等模拟工况对水位高度、蓄水能力等进行验算与评价。结果表明:所建模型与文献数据具有较好的吻合性,NSE指数可达0.45以上;路基土的渗透系数与路面径流控制率显著相关,暴雨工况下随着路基土渗透系数的降低,地表径流占比达到30%以上,并且几乎丧失连续储水能力,而路基土饱和渗透系数的影响性较小;溢流管可有效减少地表径流量,降低溢流风险,在极端暴雨条件下设置溢流管的道路可削减60%的地表径流,并具有50%以上的连续储水能力;时程雨型对路面渗流特性的影响较为复杂,雨峰出现时间在控制地表径流与延缓径流峰值两方面呈现相反的规律,因而需要根据当地降雨资料与设计要求进行权衡。     

基于透水性能的全透水沥青路面结构设计

为了研究全透水沥青路面的结构设计方法,从全透水沥青路面试验路的结构设计入手,综合考虑所设计路面的力学性能和透水性能,以北京当地的设计平均降雨强度作为结构设计的依据,综合考虑不同材料基层的适宜厚度,并最终确定透水基层的厚度,以透水时间、饱和入渗强度和现场渗水试验作为透水性能的检测指标,发现使用该设计方法所设计的全透水沥青路面结构的力学性能和透水性能均满足要求。     

透水性道路研究进展

透水性道路是新型的路面结构,其独特的透水功能引起了国内外道路工程和材料工程广泛的关注。从道路透水与排水结构系统、透水路面材料组成设计、施工工艺与设备、路面透水性能评价与维护技术等四个方面系统总结了国内外透水性道路的研究进展,通过对比指出我国透水性道路研究中存在的主要问题和需要改进的关键技术,为我国今后在透水性道路方面的深入研究提供参考。     

降雨入渗条件下非饱和土渗流特征试验

设计了一种可测量降雨入渗与底部排水条件下土体体积含水率与基质吸力变化规律的试验装置,开展不同降雨强度条件下砂土和粉质黏土的降雨入渗与排水过程室内模型试验,得到了不同土质在不同降雨强度下各高程处体积含水率与基质吸力的变化规律。结果表明：可将降雨入渗条件下不同土质的体积含水率变化划分为3个阶段,首先表面土体含水率上升,随着雨水的入渗,表面含水率保持不变,土体内部含水率由上至下依次上升,随后当浸润线达到装置底部后,土体的含水率开始逐渐增大,由非饱和状态过渡至饱和状态,最后当装置底部达到饱和后,土体中的水位开始逐渐上升,各个测点在降雨作用下由下至上依次达到饱和状态;不同土质土体的表面体积含水率均与降雨强度呈线性关系,在相同降雨强度下粉质黏土表面体积含水率大于砂土,不同土质浸润线的下降速度与降雨强度均呈对数函数关系,在相同降雨强度下砂土浸润线下降速度大于粉质黏土;土体基质吸力随着雨水的入渗由上至下逐渐减小,在水位上升过程中基质吸力变化幅度小于降雨入渗过程;在排水过程中,砂土与粉质黏土各高程处的含水率随排水时间的变化规律分别呈幂函数关系和指数函数关系,位置较高测点的含水率下降明显快于位置较低的测点。     

透水铺装雨水入渗模型与影响因素相关性研究（双语出版）

为了更加准确快捷地预测透水铺装内部的雨水渗流过程，探究降雨参数与路面设计参数对其渗流性能的影响，提出透水铺装雨水入渗模型，并针对影响因素的相关性进行研究。首先，基于地区水文气象资料与路面材料渗透特性，利用数学模型对降雨阶段关键参数进行量化研究，并从降雨强度与材料渗透能力的角度对雨水入渗的物理过程进行分阶段刻画，最终建立透水铺装雨水入渗-储水-排空模型。其次，针对该模型的诸多输入参数，进行正交设计试验计算各参数与径流控制率的相关性，寻找关键控制指标；基于该结论拟定典型透水铺装结构组合，选择不同降雨重现期、降雨历时与时程雨型等模拟工况对水位高度、蓄水能力等进行验算与评价。结果表明：所建模型与文献数据具有较好的吻合性，NSE指数可达0.45以上；路基土的渗透系数与路面径流控制率显著相关，暴雨工况下随着路基土渗透系数的降低，地表径流占比达到30%以上，并且几乎丧失连续储水能力，而路基土饱和渗透系数的影响性较小；溢流管可有效减少地表径流量，降低溢流风险，在极端暴雨条件下设置溢流管的道路可削减60%的地表径流，并具有50%以上的连续储水能力；时程雨型对路面渗流特性的影响较为复杂，雨峰出现时间在控制地表径流与延缓径流峰值两方面呈现相反的规律，因而需要根据当地降雨资料与设计要求进行权衡。     

透水沥青路面的排水能力验算与结构改进

针对上海及江浙地区的降雨情况,选取典型沥青路面结构进行了透水沥青路面的排水能力验算,发现设计空隙率达到18％以上,有效空隙率达到80％的透水沥青路面一般均能满足非冰冻地区路面大雨时不积水的要求,因此不需要设置另外的排水沟管等设施。从维护透水沥青路面的长期性能出发,应注意结构上的防水和排水。城市道路中铺设透水沥青表面层时,建议采用特制的透水平石,加快水流的排放。     

透水沥青路面在海绵城市中的应用

为解决路表积水对交通的影响,缓解强降雨时排水管网的压力,通过室内试验及数值模拟的方法研究透水路面。首先进行了沥青混凝土透水面层和沥青稳定碎石透水基层混合料配合比设计,得到了目标空隙率下的渗水系数,验证了目标空隙率下的路用性能。然后通过数值方法计算了7.5m道路宽度下透水路面结构所具有的极限排水能力,以及所能承担的最大降雨量。研究结果表明:透水沥青路面结构可作为海绵城市的排水工程设施。     

降雨强度对透水沥青混凝土净污能力影响研究

为定量评估降雨强度对透水沥青混合料净化路面径流能力的影响，基于搭建的足尺道路路面平台设计了5种降雨强度下单、双层透水沥青混凝土的人工降雨模拟试验，测定了流经透水沥青混合料前后模拟径流雨水的代表性污染物浓度。结果表明：透水沥青混凝土能有效净化径流污染，且双层透水沥青混凝土的污染净化能力显著优于单层透水沥青混凝土，对悬浮物（SS）、总磷化合物（TP）、重金属锌（Zn）、重金属铅（Pb）、总氮化合物（TN）、化学需氧量（COD）的去除率分别达到80.25%、74.13%、70.30%、65.14%、63.75%、61.38%；随着降雨强度的增大，透水沥青混凝土对径流污染物的净化能力逐渐减弱，通过分析层数、降雨强度对透水沥青混凝土污染物净化率的影响，提出了层系数α和雨强折减系数β，可以通过人工降雨模拟试验结果推算一定降雨强度下实际透水沥青混凝土路面的污染物净化能力，为透水沥青混凝土路面的量化环境评价提供依据。     

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。     

大空隙透水性沥青路面结构渗流研究

透水路面是海绵城市建设的重要内容,其渗透性能是影响路面使用功能的关键因素之一,目前有关大空隙路面渗流规律的研究仍不充分。建立了玄武岩纤维大空隙沥青路面结构渗流数值模型,得到了不同降雨条件下地表径流量、路面下土壤含水率等参数随时间的变化规律,并与同条件下降雨试验结果进行了对比,验证了渗流模型的正确性,可为不同降雨量地区的海绵城市建设提供借鉴。