非飽和土路基水作用機(jī)理及其遷移特性研究.pdf

1、隨著蓬勃發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)對交通需求的日益提高，公路、鐵路建設(shè)不斷擴(kuò)大，細(xì)粒土(粉質(zhì)土和粘質(zhì)土)、膨脹土及濕陷性土等非飽和土作為路基材料也逐漸增多，非飽和土的工程性質(zhì)及非飽和土水分遷移特性也越來越引起工程界及科研者的重視。修建的路基一般屬于非飽和土范疇，而含水量是影響非飽和土工程性質(zhì)的主要因素。建后路基暴露于自然環(huán)境中，路面荷載作用、降雨滲流作用、地下水毛細(xì)作用及四季溫度變化等因素直接給路基水分遷移提供動力，使路基中的水分產(chǎn)生遷移，路基土含

2、水量發(fā)生變化，導(dǎo)致路基工程性質(zhì)下降。因此，為了了解路基水分遷移的規(guī)律及程度以提高路基工程設(shè)計(jì)，對外界因素下路基土的水分遷移研究非常必要。本文基于以上工程實(shí)踐要求，主要通過理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)值模擬等手段系統(tǒng)地研究了水分對非飽和土路基工程性質(zhì)作用機(jī)理、路基水分在毛細(xì)作用、降雨作用路基滲流和路基裂隙滲流作用及水熱耦合作用遷移等問題。 首先，本文研究了非飽和土吸力的本質(zhì)問題。從吸力的承載體—土顆粒水膜的本質(zhì)特征進(jìn)行了研究，引用并擴(kuò)展

3、了水膜理論，從廣義的水膜理論及土性方面分析了非飽和土總吸力問題，推導(dǎo)了廣義非飽和土水膜理論下的總吸力公式；同時(shí)，通過對長沙非飽和紅粘土的非飽和土三軸試驗(yàn)，獲得了長沙非飽和重塑紅粘土的土水特征曲線及在不同的吸力下抗剪強(qiáng)度特性。 其次，研究了毛細(xì)作用下路基水分遷移特性。探討了路基中毛細(xì)作用機(jī)理和毛細(xì)上升高度與時(shí)間、土顆粒大小的關(guān)系；基于簡單的路基毛細(xì)作用模型及土—水特征曲線，初步導(dǎo)出單位體積路基土毛細(xì)作用下含水量的變化關(guān)系。利用多孔

4、介質(zhì)理論，分析路基土毛細(xì)作用多孔介質(zhì)模型；分別從結(jié)合路基毛細(xì)作用模型、土—水特征曲線及多孔介質(zhì)理論，從兩方面導(dǎo)出單位體積路基土毛細(xì)作用下含水量的變化公式。 再次，研究了降雨滲流作用下的水分遷移特性?；诼坊鶅?nèi)部水運(yùn)動原理，分析了降雨滲流(包括路表滲流及路基裂隙滲流)對路基的浸潤作用，探討了IEM和FDEM降雨模型強(qiáng)降雨及弱降雨強(qiáng)度下雨水入滲路基機(jī)理，推導(dǎo)出降雨強(qiáng)度與雨水入滲路基深度的公式，研究了降雨作用下非飽和土路基的飽和—非飽

5、和流，且基于一般滲流方程的基礎(chǔ)上，初步導(dǎo)出了降雨作用下非飽和土路基的飽和—非飽和滲流公式：同時(shí)，對路基土質(zhì)裂隙進(jìn)行了初步探討，分析了非飽和土路基裂隙介質(zhì)特征，并建立考慮吸力水頭的土質(zhì)裂隙滲流公式。 最后，研究了水—熱偶合作用下路基的水分遷移特性。研究了路基溫度場及溫度場與水分場耦合作用下路基水分遷移規(guī)律，同時(shí)，根據(jù)前人路基土性熱參數(shù)的測試成果，利用matlab語言數(shù)值模擬砂質(zhì)路基和粘性土路基在不同初始干密度及不同初始含水量條件下