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路面结构排水特性的非饱和渗流数值模拟与分析
| 论文题名： | 路面结构排水特性的非饱和渗流数值模拟与分析 |
| 关键词： | 路基路面;渗沟排水;非饱和渗流;数值模拟 |
| 摘要： | 国内外大量的路面损坏状况调查和路面使用经验表明，进入路面结构内的自由水是造成或加速路面损坏的首要原因。目前大多数排水问题的研究集中于饱水时路面结构强度的丧失，然而降雨的大部分时间里路面结构层都处于非饱和状态。 非饱和土中水流的驱动势为基质吸力和重力。笔者尝试从考虑非饱和渗流的角度切入，应用渗流有限元方法计算分析降雨期间和降雨停止后路基路面饱和－非饱和渗流场及内部排水系统的排水效果，以期探讨基于非饱和渗流理论的路面排水设计方法，本文主要从以下几个方面开展研究工作： （1）由基本渗流理论方程出发，介绍多孔介质饱和－非饱和渗流的基本微分方程。在此基础上比较了饱和流与非饱和流两种理论的差别。 （2）基于非饱和渗流理论，对典型二级公路断面进行降雨入渗数值模拟。相应地简化了模型的实际断面形式、边界条件及初始地下水位。通过绘制体积含水量与时间的关系曲线，研究发现对于密级配基层，由于横向排水路径过长，基层材料过于密实，边缘排水系统不能有效地排出渗入到路面结构层的雨水。排水基层结合边缘排水系统相对迅速排除了积滞在结构层及层间的自由水。采用AASHTO的评价指标t50（排水50％所需的时间），比较饱和流与非饱和流计算结果发现，饱和流理论高估了路面结构的排水效果。进行参数的敏感性分析发现，地下水位、降雨历时和降雨强度输入参数对路面结构降雨入渗及排水规律影响较大，建议通过实测这些参数以确保数值模拟结果的准确性。 （3）对中央分隔带内粉质粘土和粉质砂土在不同雨型条件下进行降雨入渗数值模拟发现，降雨强度大的雨型，表层土饱和度高；降雨历时长的雨型，回填土的雨水入渗深度大。渗沟的设置与否应根据当地的降雨情况及回填土的性质确定。 在此基础上进行中央分隔带渗沟排水模拟发现，渗沟能大幅度减少积滞在分隔带底部的自由水。针对带裂（接）缝的沥青路面和水泥混凝土路面结构进行渗流模拟，裂缝入水导致结构层含水量大幅提高，设置排水基层能有效排除积滞在结构层及层间的自由水。 |
| 作者： | 刘明 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 黄立葵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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