详情

原文传递山区沿河公路路基填料水力侵蚀特征试验研究

论文题名：	山区沿河公路路基填料水力侵蚀特征试验研究
关键词：	公路路基;岩土填筑材料;抗冲刷性能;起动切应力
摘要：	沿河公路的路基冲刷问题是威胁山区公路安全的主要灾害之一。山区公路工程的修建时，多选择依山傍河的形式进行展线，且路基多为半填半挖的路基形式，因此沿河公路路基长期遭受河流的冲刷淘蚀，尤其是在山洪频发的季节，因而由于冲刷所造成的沿河路基损坏的灾害经常出现。路堤岸坡岩土填筑材料的冲刷性能对抗冲刷研究至关重要，其中冲刷速率和起动切应力是描述岩土材料抗冲刷性能的两大主要参数。　　论文依托喀喇昆仑公路（KKH）水毁灾害整治工程，通过采用物理试验、理论分析和数值仿真模拟的方法研究不同压实度和黏土含量混合土样冲刷速率、起动切应力的变化规律、影响因素和理论模型参数。选取典型路基填料，采用冲蚀函数测定仪（EFA）进行了不同压实度和不同黏土含量混合土样的冲刷试验，分析总结了当前起动切应力的确定方法，并开展了不同压实度和不同黏土含量土样的冲刷性能仿真模拟，分析了土样中黏土含量和压实度不同时混合土样中粗砂、黏土的分布形式及混合土样的冲刷破坏模式，研究了不同冲刷速率模型的适用性。研究成果可为沿河公路路基填筑材料的选取和施工控制提供依据。　　论文的主要工作和研究成果如下：　　（1）根据混合土样冲刷试验结果，不同黏土含量时混合土样中颗粒的填充形式与土样的冲刷破坏模式密切相关；结合冲刷速率曲线，确定了土样起动切应力选取方法；土样黏土含量由25%增加到100%时，土样起动切应力由2.4Pa增加到21.3Pa；土样压实度由90%增加到96%时，相应土样起动切应力由7.1Pa上升到23.4Pa，其抗冲刷性能有明显提升。　　（2）混合土样中黏性土含量为25%时，土样表现无黏性冲刷特性，冲刷行为受无黏性粗砂的影响显著。黏土含量为50%时，混合土样主要以无黏性粗砂和黏土构成的微团形式发生冲刷行为，此时表现出黏性冲刷特性。随黏土含量增加，混合土样的黏性冲刷特性逐渐明显。　　（3）本研究实测混合土样的临界黏土含量范围介于25%～50%。结合土骨架理论，当土样中粗砂含量大于65%时，土的性质由粗砂的骨架决定，而当其小于该值时，黏土将粗砂相互隔离开，不能有效形成骨架，且试验结果与理论分析较为吻合，验证了试验结果的可靠性。　　（4）评价了过剪应力模型、无量纲过剪应力模型、Wilson模型和参数无量纲Wilson模型对混合土样冲刷性能的适用性。拟合结果表明，过剪应力模型、无量纲过剪应力模型预测无黏性混合土样冲刷速率的准确性高于Wilson模型和参数无量纲Wilson模型，Wilson模型和参数无量纲Wilson模型比无量纲过剪应力模型更适合预测黏性混合土样的冲刷速率。　　（5）通过计算颗粒流体力学软件模拟填料冲刷过程，验证了WenYu-Ergun混合曳力模型的适用性，分析了土样冲刷过程中土样颗粒的运动特征，在冲刷水流下，土样表现为多起点、渐进向心式的破坏模式；采用残余粘聚力作为衡量土样冲刷性能的指标。黏土含量由25%增加到100%时，相应土样的残余粘聚力由18.5kPa增加到82.3kPa，提升了3.5倍；土样压实度由90%增加到96%时，相应土样的残余粘聚力由6.5kPa增加到55.8kPa，提升了7.6倍。
作者：	王凡超
专业：	土木工程;岩土工程
导师：	章定文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022