[碩士]路面結(jié)構(gòu)排水特性的非飽和滲流數(shù)值模擬

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內(nèi)容簡介

　　[碩士]路面結(jié)構(gòu)排水特性的非飽和滲流數(shù)值模擬　　學(xué)科專業(yè):道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：碩士 　　學(xué)位授予單位：湖南大學(xué)　　學(xué)位年度：2007　　 國內(nèi)外大量的路面損壞狀況調(diào)查和路面使用經(jīng)驗表明，進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由水是造成或加速路面損壞的首要原因。目前大多數(shù)排水問題的研究集中十飽水時路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的喪失，然而降雨的大部分時間里路面結(jié)構(gòu)層都處十非飽和狀態(tài)。非飽和土中水流的驅(qū)動勢為基質(zhì)吸力和重力。筆者嘗試從考慮非飽和滲流的角度切入，應(yīng)用滲流有限兀方法計算分析降雨期間和降雨停止后路基路面飽和一非飽和滲流場及內(nèi)部排水系統(tǒng)的排水效果，以期探討基十非飽和滲流理論的路面排水設(shè)計方法，本文主要從以下幾個方面開展研究工作:　　 (1)由基本滲流理論方程出發(fā)，介紹多孔介質(zhì)飽和一非飽和滲流的基本微分方程。在此基礎(chǔ)上比較了飽和流與非飽和流兩種理論的差別。　　 (2)基十非飽和滲流理論，對典型二級公路斷面進(jìn)行降雨入滲數(shù)值模擬。相應(yīng)地簡化了模型的實際斷面形式、邊界條件及初始地下水位。通過繪制體積含水量與時間的關(guān)系曲線，研究發(fā)現(xiàn)對十密級配基層，由十橫向排水路徑過長，基層材料過十密實，邊緣排水系統(tǒng)不能有效地排出滲入到路面結(jié)構(gòu)層的雨水。排水基層結(jié)合邊緣排水系統(tǒng)相對迅速排除了積滯在結(jié)構(gòu)層及層間的自由水。采用AASHTO的評價指標(biāo)t50(排水50%所需的時間)，比較飽和流與非飽和流計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飽和流理論高估了路面結(jié)構(gòu)的排水效果。進(jìn)行參數(shù)的敏感性分析發(fā)現(xiàn)，地下水位、降雨歷時和降雨強(qiáng)度輸入?yún)?shù)對路面結(jié)構(gòu)降雨入滲及排水規(guī)律影響較大，建議通過實測這些參數(shù)以確保數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。　　 (3)對中央分隔帶內(nèi)粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)砂土在不同雨型條件下進(jìn)行降雨入滲數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，降雨強(qiáng)度大的雨型，表層土飽和度高;降雨歷時長的雨型，回填土的雨水入滲深度大。滲溝的設(shè)置與否應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r及回填土的性質(zhì)確定。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行中央分隔帶滲溝排水模擬發(fā)現(xiàn)，滲溝能大幅度減少積滯在分隔帶底部的自由水。針對帶裂(接)縫的瀝青路面和水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行滲流模擬，裂縫入水導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層含水量大幅提高，設(shè)置排水基層能有效排除積滯在結(jié)構(gòu)層及層間的自由水。

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