【摘要】：雨天路面的行車能力一直備受關(guān)注。傳統(tǒng)的密級配瀝青混凝土路面因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)致密不易滲水，其主要通過路表徑流的方式排走降水，導(dǎo)致行車時路表積水在路面與輪胎之間形成一層水膜，容易使車輛產(chǎn)生濺水、噴霧、夜間眩光甚至漂移、側(cè)滑等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響行車穩(wěn)定性與安全性。排水性瀝青路面被認(rèn)為是解決此問題的有效措施。研究表明，排水瀝青路面的排水特性通過滲透性表示，滲透性與集料級配、集料形狀、試件厚度、壓實(shí)方式、空隙率、空隙尺寸與數(shù)量、空隙形狀以及水流路徑等有關(guān)，瀝青混合料設(shè)計(jì)中的較小改變都將引起滲透性發(fā)生巨大的變化。要保證排水瀝青路面良好的排水功能，就得先準(zhǔn)確地評價排水瀝青路面的滲透性以及滲透性與瀝青混合料組成之間的關(guān)系，掌握空隙尺寸、連通性與空間分布對水流特性的影響。但是目前對瀝青混合料滲透性的研究主要集中在建立瀝青混合料滲透性與空隙率之間的關(guān)系。實(shí)踐證明，以此關(guān)系來預(yù)測瀝青混合料的滲透性精確度是不夠的。因此，開展排水瀝青混合料空隙分布特征與滲透性之間的研究非常重要。 本文首先分析了排水瀝青混合料的滲流基本理論，為進(jìn)行滲流計(jì)算分析提供理論支撐；其次，進(jìn)行排水瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)，提出最佳的嵌擠型集料骨架結(jié)構(gòu)；同時利用X-ray CT與圖像處理技術(shù)從細(xì)觀角度深入而系統(tǒng)地分析排水瀝青混合料的內(nèi)部空隙特征，并利用數(shù)值模型進(jìn)一步闡述空隙特征與滲透性之間的關(guān)系，研究水在瀝青混合料結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流通特征；最后利用計(jì)算結(jié)果分析不同降雨量下排水瀝青路面的排水能力，提出控制地表徑流目標(biāo)空隙率的方法。本文進(jìn)行的主要工作如下： 1、為能更好地協(xié)調(diào)排水瀝青混合料的耐久性與排水性之間的矛盾，對現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法與級配進(jìn)行改進(jìn)與完善，把“粗骨料空隙填充法（CAVF）”設(shè)計(jì)方法引入到排水瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)當(dāng)中，并利用此方法設(shè)計(jì)了三種不同空隙率的排水瀝青混合料。 2、基于X-ray CT與圖像處理技術(shù)提取排水瀝青混合料中的空隙，分析空隙的空間分布特性，包括空隙率、連通空隙率、比表面積與彎曲度值，確定了排水瀝青混合料縱橫向的連通空隙路徑，并計(jì)算出了該連通路徑的彎曲度值與最小截面面積。 3、基于排水瀝青混合料的空隙細(xì)觀分布特征與混合料性能建立滲透分析方程，并利用此方程預(yù)測排水瀝青混合料的滲透能力。 4、建立了排水瀝青混合料的滲流數(shù)值模型，并采用有限體積法分析水在排水瀝青混合料結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流動特征，包括空隙結(jié)構(gòu)中的壓力分布、流速分布情況等。研究空隙直徑大小、空隙彎曲程度與最小截面尺寸對水流特性的影響，并分析排水瀝青混合料的各向異性滲透性能。 5、分析了排水瀝青路面的產(chǎn)流機(jī)制與方式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行排水瀝青路面滲流分析并研究了排水瀝青路面的滲透計(jì)算模型，通過滲透計(jì)算模型計(jì)算特定降雨強(qiáng)度下排水瀝青路面的滲透量。其次進(jìn)行滲透計(jì)算模型的應(yīng)用，計(jì)算排水瀝青路面能應(yīng)對的極限降雨強(qiáng)度，并根據(jù)廣東省的降雨特征與路面參數(shù)，初步提出目標(biāo)空隙率的確定方法。 6、通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)、科技成果與工程實(shí)例，以及本文的研究成果提出了排水瀝青面層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的幾點(diǎn)建議。
【圖文】：

面良好的排水功能，就得先準(zhǔn)確地評價排水瀝青路面的滲透性及滲透性與瀝青混合料組成之間的關(guān)系，掌握空隙尺寸、連通性與空間分布對水流特性的影響。圖1-1 排水瀝青路面與普通瀝青路面Fig.1-1 Porous asphalt pavement and ordinary asphalt pavement圖 1-2 排水瀝青路面排水機(jī)理圖Fig.1-2 Drainage mechanism of porous asphalt pavement傳統(tǒng)的瀝青混合料滲透性分析方法主要研究其宏觀特性（即統(tǒng)計(jì)平均特性），集中在建立瀝青混合料滲透率與空隙率之間的經(jīng)驗(yàn)公式，大部分研究都得出這樣的結(jié)論，空隙率越大滲透性越好。該方法的缺點(diǎn)是只能表示一個方向的水流特性，，不代表其他方向的水流，其測試結(jié)果屬一維達(dá)西滲透性，因此無法準(zhǔn)確地預(yù)測瀝青混合料的滲透性。此外，在宏觀研究中無法體現(xiàn)路面滲透性與其混合料組成之間的關(guān)系，也無法反映空隙結(jié)構(gòu)分布對滲透性的影響。因此，單純進(jìn)行宏觀研究還不能確切了解瀝青混合料的滲流機(jī)理，通過細(xì)觀與宏觀研究互相補(bǔ)充，才能更加透徹地認(rèn)識瀝青混合料的滲流特征。排水瀝青面層防水粘結(jié)層不透水瀝青層基層路基路肩雨水

1 2h hQ KAL 表示水力坡度，無量綱；V 是滲流速度，性是一個標(biāo)量。然而大部分情況下，介質(zhì)頭差平行，則達(dá)西定律可寫成式（2-5）xxyyzzk pVxk pVyk pVz z 分別為滲透速度向量沿 x 軸、y 軸和 z 軸的滲透系數(shù)； h 是水力梯度。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U414

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 關(guān)彥斌,孔永健,王世紅;考慮城市地表徑流的大孔隙瀝青路面的目標(biāo)空隙率[J];北京交通大學(xué)學(xué)報;2005年04期

2 關(guān)彥斌;孔永健;張金喜;;大空隙瀝青混合料滲透模型[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2010年10期

3 張肖寧;;基于X-ray CT的瀝青混合料計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的研究進(jìn)展[J];交通科學(xué)與工程;2010年02期

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本文編號：2558507