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基于宏观降雨试验的大尺寸排水沥青路面渗流行为研究
| 论文题名： | 基于宏观降雨试验的大尺寸排水沥青路面渗流行为研究 |
| 关键词： | 沥青路面;超宽断面;渗流行为;排水设计;路用性能 |
| 摘要： | 随着我国道路交通量的飞速发展，部分干道的拥堵现象日趋严重，干线公路的改建扩容成为迫切的需求。但是改扩建道路多采用双向八车道、十车道为主的超宽断面，使路面的排水路径大大增加，给路面排水带来严峻的挑战。为了消除超宽横断面道路排水能力不足所带来的安全隐患，现阶段采用单层排水路面结构。但是，我国规范所规定的渗水试验仅反映材料空隙对渗水的影响，而路面排水受路面坡度、宽度、厚度、降雨强度等多方面因素的影响，使得规范所规定的材料设计指标难以有效控制排水沥青路面的路用性能，阻碍了排水路面的推广和应用。 为了探究排水沥青路面在降雨环境下真实的渗流情况，本研究利用自行设计的渗水试验装置，通过室内试验分析降雨时路面内部水位与地表径流深度变化，探明降水在路面汇流的时空分布规律；利用CT和图像处理技术，得到所用的多孔沥青混合料空隙空间几何特征，建立混合料内部渗流场模型，通过仿真分析得到混合料内部渗流规律；基于以上试验数据与材料参数，通过有限元数值模拟，得到干线公路特殊路段的空隙水压分布与流线分布情况，为超宽断面干线公路的排水路面结构设计提供参考。本研究的研究成果如下： （1）基于自主设计的降雨试验装置，得出单层排水沥青路面（宽度为3m，厚度为5cm）在不同重现期的短历时（30min）暴雨下的路面渗流情况，并对路面水位高度与径流量变化的时空分布规律进行统计分析。发现路面在降雨作用下，内部水线呈现一个中间高两边低的类似拱状的分布；单层排水沥青路面在短历时暴雨情况下的排水能力不足，会出现严重的积水现象，试验中最大积水深度可达14mm；双层排水沥青路面（宽度为3m，厚度为10cm）在短历时暴雨情况下的排水性能良好；路面合成坡度的变化是影响路面排水性能的主要影响因素，坡度小于1.5%时，路面径流量会出现显著的增大；提出沿纵坡设置排水通道来缓解路面径流情况的策略，排水通道宽度为10cm时，设置间距应小于2.5m。 （2）基于CT扫描和数字图像处理技术，研究空隙的空间分布与几何特征。结果表明，连通空隙率直接影响混合料的排水性能，连通空隙的几何属性（如：等效直径、弯曲度等）是影响渗透速度和渗流量的重要因素。 （3）基于多孔介质材料渗流理论研究，基于宏观与细观的试验参数，对双向八车道排水沥青路面进行降雨渗透有限元数值模拟，并对路面线形复杂且易积水的竖曲线凹陷段和超高过渡段进行降雨渗透数值模拟，得出路表径流最大深度出现位置与积水范围，为路面特殊路段排水设计提供参考依据。 |
| 作者： | 罗朝阳 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 蔡旭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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