本文關(guān)鍵詞：多雨地區(qū)路基路面飽和—非飽和滲流特性研究

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【摘要】：水損壞是多雨地區(qū)公路路基路面病害的主要類型之一。盡管誘發(fā)路基路面水損壞的原因眾多,但究其本質(zhì),均與路基路面內(nèi)部的飽和-非飽和滲流密切相關(guān)。多雨地區(qū)雨季降雨量大且歷時長,研究多雨地區(qū)路基路面飽和-非飽和滲流特性對于公路排水設(shè)計優(yōu)化及延長公路使用壽命具有重要指導(dǎo)意義。本文在理論分析的基礎(chǔ)上,采用現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對多雨地區(qū)路基路面飽和-非飽和滲流特性進行了研究。論文的主要研究工作包括:(1)從飽和多孔介質(zhì)滲流微分方程出發(fā),在介紹非飽和多孔介質(zhì)基本概念的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了飽和-非飽和滲流微分方程,并簡單討論了飽和-非飽和滲流理論在路基路面滲流中的應(yīng)用。結(jié)果表明,在求解路基路面飽和-非飽和滲流問題時,需謹慎對待模型材料參數(shù)及邊界條件。(2)以廣州市北二環(huán)高速公路實際工程為依托,開展了多雨地區(qū)路基路面滲流現(xiàn)場試驗研究。采用TDR-3型水分傳感器,分別對典型挖方與填方路段路基體積含水率進行了長期監(jiān)測。試驗結(jié)果表明,在強降雨季節(jié),路基含水率較大位置主要集中在深度為130cm~200cm位置;路基路面飽和-非飽和滲流是一個緩慢的過程,且雨水入滲過程表現(xiàn)出明顯的時序性。(3)采用數(shù)值模擬方法,研究了多雨地區(qū)路基路面飽和-非飽和滲流特性。用實測數(shù)據(jù)驗證了數(shù)值分析的可行性,并重點分析了降雨強度和降雨歷時對路基路面飽和-非飽和滲流特性的影響。研究結(jié)果表明,當降雨時間較長時,路面各結(jié)構(gòu)層甚至?xí)霈F(xiàn)持續(xù)飽和的現(xiàn)象,降雨停止后,水分消散速度緩慢;當降雨強度超過某一定值時,路基含水率分布受降雨強度的影響便不再明顯。(4)研究了路面內(nèi)部排水系統(tǒng)對路基路面飽和-非飽和滲流的影響。研究結(jié)果表明,排水基層可以有效排除路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部積水,排水墊層也可一定程度減少路基路面內(nèi)部飽和區(qū)的大小,邊緣排水系統(tǒng)對瀝青路面飽和-非飽和滲流的影響不顯著。
【關(guān)鍵詞】：路基路面 飽和-非飽和滲流 現(xiàn)場監(jiān)測 數(shù)值模擬 路面內(nèi)部排水
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U416
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 路基路面滲流特性現(xiàn)場試驗研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 路基路面飽和-非飽和滲流特性的數(shù)值分析研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文主要的研究內(nèi)容及技術(shù)路線18-20
• 1.3.1 研究內(nèi)容18
• 1.3.2 研究目標18-19
• 1.3.3 技術(shù)路線19-20
• 第二章 飽和-非飽和多孔介質(zhì)滲流理論的簡要分析20-37
• 2.1 飽和多孔介質(zhì)滲流的基本方程及微分方程20-23
• 2.1.1 運動方程20-21
• 2.1.2 連續(xù)性方程21-22
• 2.1.3 穩(wěn)定滲流基本微分方程22-23
• 2.1.4 非穩(wěn)定滲流基本微分方程23
• 2.2 非飽和多孔介質(zhì)的幾個基本概念23-27
• 2.2.1 飽和度23-24
• 2.2.2 基質(zhì)吸力24
• 2.2.3 土水特征曲線24-26
• 2.2.4 水力傳導(dǎo)系數(shù)26-27
• 2.3 飽和-非飽和多孔介質(zhì)滲流的基本理論27-33
• 2.3.1 水土勢基本理論27-29
• 2.3.2 飽和-非飽和滲流Darcy定律29-30
• 2.3.3 飽和-非飽和多孔介質(zhì)滲流基本微分方程30-31
• 2.3.4 定解條件31-33
• 2.4 路基路面降雨入滲基本理論33-36
• 2.4.1 路基路面降雨入滲曲線33-34
• 2.4.2 路基路面降雨入滲模型34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 多雨地區(qū)路基路面滲流現(xiàn)場試驗研究(以廣州市北二環(huán)高速公路為例)37-54
• 3.1 工程概況37-38
• 3.1.1 氣象與水文地質(zhì)38
• 3.1.2 路基填料38
• 3.2 試驗監(jiān)測設(shè)備及布設(shè)38-43
• 3.2.1 試驗監(jiān)測設(shè)備38-39
• 3.2.2 傳感器的基本工作原理39-40
• 3.2.3 監(jiān)測系統(tǒng)布設(shè)40-43
• 3.3 試驗結(jié)果分析43-53
• 3.3.1 降雨量統(tǒng)計資料43-44
• 3.3.2 路基體積含水率變化規(guī)律44-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 路基路面飽和-非飽和滲流特性的數(shù)值模擬研究54-74
• 4.1 模型的建立54-58
• 4.1.1 SEEP/W數(shù)值分析軟件54
• 4.1.2 幾何模型54-55
• 4.1.3 材料參數(shù)55-56
• 4.1.4 單元類型56-57
• 4.1.5 邊界條件及初始條件57-58
• 4.2 數(shù)值計算模型的驗證58-61
• 4.2.1 路基含水率隨時間的變化規(guī)律對比59-60
• 4.2.2 路基不同高程位置含水率分布對比60-61
• 4.3 降雨條件下路基路面滲流特性的數(shù)值模擬研究61-73
• 4.3.1 數(shù)值模擬分析的工況設(shè)計61-62
• 4.3.2 結(jié)果分析62-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 第五章 路面內(nèi)部排水系統(tǒng)對路基路面滲流的影響74-85
• 5.1 路面內(nèi)部排水系統(tǒng)簡介74-76
• 5.1.1 邊緣排水系統(tǒng)75
• 5.1.2 排水層排水系統(tǒng)75-76
• 5.2 路面排水系統(tǒng)對路基路面飽和-非飽和滲流的影響76-83
• 5.2.1 工況基本信息76
• 5.2.2 結(jié)果分析76-83
• 5.3 本章小結(jié)83-85
• 結(jié)論與展望85-87
• 結(jié)論85-86
• 展望86-87
• 參考文獻87-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果92-93
• 致謝93-94
• 答辯委員會對論文的評定意見94

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