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原文传递环境场作用下细粒土路基湿度场分布研究

论文题名：	环境场作用下细粒土路基湿度场分布研究
关键词：	细粒土路基;降雨入渗;蒸发作用;湿度场;温度场
摘要：	由于我国优质填料日益匮乏，细粒土被广泛应用于路基填筑，在长期服役过程中，大气和地下水等环境场因素通过降雨、蒸发和毛细作用等方式与具有较强的毛细作用和持水能力的细粒土路基进行水热交换，导致路基内部土体含水率远超施工过程中控制的最优含水率。而路基湿化导致路基支撑能力退化和道路服役性能恶化，带来一系列诸如局部路基沉降、路基土体泥化的工程问题，使得路基服役寿命大大降低。因此正确认识细粒土路基在服役期间受大气及地下水等环境场因素影响下的路基湿度场的演化过程，对于路基的前期设计、运营期路基状态的评价、后期养护等提供更加科学严谨的决策。　　基于以上问题，本文基于饱和一非饱和渗流理论及水-汽-热多场耦合理论，通过室内试验及数值模拟分别探究了受地下水、降雨、蒸发作用下的路基湿度场演化规律得到了如下主要成果和结论: 　　(1)通过室内试验获取了细粒土路基填料的水力参数，基于海森毛细水上升高度计算公式，计算了高压实度粉质黏土路基毛细水最大上升高度。　　(2)建立了毛细作用下非饱和土路基内部水分迁移模型，通过室内模型试验确定了该数值计算模型的可靠性。使用稳态计算获取了三种地下水位高度下的路基平衡湿度分布，结果表明:三种地下水位影响下含水率沿深度方向近似呈线性分布。通过与规范建议值对比表明基质吸力分布与规范提供参考值相同，但基于土水特征曲线下得到的饱和度分布大于规范所提供的参考值。　　(3)提出了一种降雨入渗边界切换方程，验证了该边界设置方式的可靠性，该方法较传统入渗条件能更真实反映降雨入渗过程中边界入渗率的变化规律。　　(4)建立了降雨入渗下非饱和土路基渗流分析模型，选取五种(小雨、中雨、大雨、暴雨、极端降雨)降雨强度，分析了降雨过程及降雨结束后两个阶段降雨入渗范围及入渗范围湿度变化情况。结果表明:降雨强度g。与土体饱和渗透系数K。的相对大小是影响降雨入渗规律的重要因素，当qs＜Ks时，降雨期间入渗边坡不会产生暂态饱和区，当qs＞Ks时土体入渗区域全为暂态饱和区，降雨结束后，边坡暂态饱和区逐渐消散，雨水开始往路基深部土体入渗，入渗深度随初始降雨强度增加而增加。　　(5)以COMSOLMultiphysics有限元计算软件为计算平台，二次开发建立了大气蒸发作用下路基土水-汽-热(HVT)多场耦合计算模型，获取了济南地区典型气象下的路基内部温湿度场变化规律，计算结果表明:非饱和路基土在过程呈现出减速蒸发阶段及残余蒸发阶段两个阶段，其中残余蒸发阶段以水蒸气的迁移为主。　　(6)固定温度边界条件下的温度场传递过程:土体内部温度沿深度方向的分布情况随时间延长由最初的曲线分布逐渐转变为最终的线性分布，整个传递过程可分为三个阶段:分别为快速传递阶段、缓慢传递阶段以及稳定传递阶段。　　(7)汽态水的迁移在蒸发作用下的路基水分迁移中是不可忽略的一部分，路基深层次的土体含水率变化主要依靠土体内部的温度梯度驱动的汽态水迁移来完成。
作者：	黄贝贝
专业：	道路与铁道工程
导师：	蒋红光;姚占勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022