路基土的水分擴散和冷凝遷移及路基軟化機理研究

《路基土的水分擴散和冷凝遷移及路基軟化機理研究》是依託長沙理工大學，由王桂堯擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：路基土的水分擴散和冷凝遷移及路基軟化機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王桂堯
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

在降雨頻繁地區, 每年不斷的旱雨交替、冬夏循環，大氣降雨、陽光輻射或乾旱蒸發的循環交替過程中，通過路堤坡面入滲後的水分不斷向路基中心擴散遷移，同時地溫高於路表溫度而產生的水分冷凝遷移，使路面結構層底部路基的含水量逐漸增加，最終使全寬路基泥化沉陷。因此研究路基土的水分擴散和冷凝遷移規律，明確由此引起的路基軟化機理，對確保公路建設質量具有重要意義。本項目在研究溫度變化引起基質吸力變化規律，建立土-水特徵曲線隨溫度的變化關係，明確不同密實度路基土在乾濕循環和溫差變化時的冷凝遷移規律的同時，結合南方氣候特點，研製符合實際的水分擴散模擬實驗裝置，研究不同密實度的路基土在晴雨交替（乾濕循環）、冬夏循環（溫差變化）、不同荷載作用下，入滲後雨水進一步向路基內部擴散的規律，建立和完善水分擴散和冷凝遷移的計算理論，揭示水分擴散和冷凝遷移引起路基軟化的機理，獲得路基軟化的預測方法，為路基軟化的預測預防提供依據。

結題摘要

在降雨頻繁地區, 雨水入滲後不斷向路基中心擴散遷移以及地溫高於路表溫度而產生的水分冷凝遷移，使路基泥化沉陷。因此開展水分擴散和冷凝遷移引起路基軟化問題研究，對確保公路建設質量具有重要意義。研究取得如下成果:1、通過高液限紅粘土的雨水入滲一維水分再分布試驗,得到其典型含水率分布、濕潤峰推移、土體入滲率等隨降雨歷時的變化規律，提高路基壓實度可顯著減小雨水入滲；同時結合粘土質砂一維水分再分布試驗，得到了非飽和土導水率和擴散率隨含水率和壓實度變化的規律；再利用自行研製的基質吸力量測裝置，測定了不同體積含水率、不同壓實度和乾濕循環的粉土和粘土質砂基質吸力變化規律，並通過擬合對比，得到了與壓實度相關的土水特徵曲線；為研究水分擴散機理及影響因素，設計製作模擬路基水平方向水分擴散遷移的試驗裝置。模擬晴雨交替和連續降雨條件，對不同晴雨交替循環、不同壓實度和不同邊坡坡度路基土的水分擴散遷移進行試驗研究，得到了晴雨交替與連續降雨、不同壓實度以及邊坡坡度對路基土水分擴散遷移的影響規律。研究結果表明：路基土的壓實度、路基邊坡坡度以及晴雨交替循環等因素對路基的水分擴散遷移速率及遷移範圍產生顯著影響。路基土的水分擴散遷移是引發高填方路基含水率升高及路基軟化的主要原因。2、模擬路基填土設計了不同表面溫度和降水強度的雨水入滲非飽和土冷凝遷移室內試驗方法，通過測定粘土質砂不同深度位置的含水量變化，揭示了溫度、壓實度、降雨強度對非飽和土雨水入滲及冷凝遷移的影響規律；為研究冷凝遷移引起的路基軟化機理，設計製作模擬路基豎向水分冷凝遷移的試驗裝置，模擬豎向溫差條件，通過室內試驗研究得到了不同壓實度路基土在不同溫度梯度作用下的豎向水分冷凝遷移高度和遷移速率變化規律。3、考慮氣溫和降雨條件，北方的路基軟化主要為豎向的水分冷凝遷移，而南方的路基軟化主要為雨水入滲的水分擴散遷移。按實測的水分擴散遷移速率可大致預測路基的軟化時間。通過對紅粘土路基降雨入滲的仿真分析，說明降雨對低滲透性的紅粘土路基含水率影響明顯；在通過室內試驗驗證數值仿真計算的基礎上，進行了降雨影響的路基水分分布數值模擬，得到了不同時段水分遷移分布特徵，研究了護坡草皮對雨水入滲和擴散遷移的影響。針對路基軟化機理，提出了提高路堤邊坡坡度、 採用短管式護坡等技術方法以及採用一種可防水分遷移引起路基軟化的路基結構等避免水分遷移引起路基軟化的系列措施。