非饱和粘土路基平衡湿度空间分布特征及预估

通过室内外试验探讨了非饱和粘土路基平衡湿度沿道路横断面的空间分布特征,并基于非饱和土力学基本理论,采用滤纸法测定了不同含水量土样的基质吸力,标定了反映含水量与基质吸力单值函数关系的土水特征曲线模型,建立了大气降水/蒸发影响区以外非饱和粘土路基平衡湿度的预估方法.研究结果表明,近中央分隔带和路肩处的上部路基土的平衡湿度受大气降水/蒸发的影响显著;大气降水/蒸发影响区以外的路基土平衡湿度主要受控于地下水位的影响;Fredlund＆Xing模型可较好地表征非饱和粘性路基土湿度和基质吸力的相关关系,模型参数拟合结果具有较高的可靠性;地下水位控制区粘土路基平衡湿度预估结果与试验测试值之间具有较高的一致性,预估方法合理可靠.     

水网密集区粘土路基当量回弹模量的预估分析

基于非饱和土基本理论,利用基质吸力及土水特征曲线的最新研究成果,对受地下水位控制的粘土路基的平衡湿度状态进行了预估分析;同时采用室内重复动三轴试验方法,建立了非饱和粘性路基土动回弹模量的双线性本构经验预估模型。将上述研究成果相结合,创建了综合考虑路基湿度和应力状态的路基当量回弹模量的预估方法,并结合实体工程建立了以地下水位、路基填筑高度为核心的路基当量回弹模量预估方程。通过与试验路上传统测试方法测试结果的对比分析,表明该评价方法具有准确、可靠特点。研究成果从平衡湿度和应力状态耦合控制的角度,对水网密集区粘土路基当量回弹模量的确定提供了新的视角和途径。     

不同含水率下污泥流变模型的显著性水平分析

典型的非牛顿流体流变模型有7种,为给出相对最优模型,结合污泥对流变模型进行显著性水平分析.采用旋转黏度计在20℃时对含水率为93.99%~98.72%的污泥进行流变实验,分析其流变特性,并对这7种流变模型进行拟合和白噪声检验,验证其有效性.结果表明:在低剪切速率0~150 s-1时,含水率对污泥黏度的影响更大.其中含水率为96.31%~98.72%的污泥表观黏度在0.5 Pa·s以下,适合于远距离运输,而含水率93.99%~95.52%的污泥表观黏度偏大,不适合于远距离运输.含水率为93.99%~95.52%时,两参数模型中,Power-law模型的显著性水平较高,优于其他两参数流变模型;含水率为93.99%~98.72%时,三参数模型中,流变模型Sisko优于H-B模型,四参数模型中,流变模型Carreau优于Cross模型.     

湿度有限波动下非饱和黏土路基动态回弹模量

通过压实黏土的土-水特征曲线试验和重复动三轴试验,揭示了在不同湿度状态、干湿路径、有限湿度波动下回弹模量的变化规律,研究了回弹模量与基质吸力的相关性,构建了基于基质吸力的湿度波动折减系数η的预估方程。结果表明:回弹模量与基质吸力之间具有较强的非线性相关性;干化路径的动态回弹模量均大于相同含水率下湿化路径的动态回弹模量;动态回弹模量在波动初始衰减最明显,降幅可达23%～37%;基于基质吸力的η预估方程可求解不同湿度波动幅度和次数下的动态回弹模量,预估效果优于采用饱和度的预估方程。     

延安新区压实Q_2黄土增湿变形特性研究

以延安新区黄土高填方工程建设为依托,开展了16组不同初始压实度和初始含水率条件下的压实Q_2黄土高压力下的增湿变形试验,分析不同压实度和含水率条件下增湿变形系数随压力增大的变化规律及影响增湿变形特性的主要因素。结果表明,不同初始压实度和初始含水率条件下的曲线形态差异较大;压实Q_2黄土的增湿变形特性受压实度和含水率影响很大,提高压实度和含水率可以显著减小其遇水饱和后的增湿变形量,将压实度提高至90%或将含水率增大至16.8%时,压实Q_2黄土不再发生湿陷变形。     

公路自然区划Ⅱ1区路基湿度指数优化算法

为了提高公路自然区划Ⅱ₁区路基湿度指数计算精度,建立一种路基湿度指数优化计算方法,其采用FAO-PM法取代Thornthwaite法来估算路基土月均潜在蒸发蒸腾量(potential evapotranspiration, PE),以解决后者对路基土在负温条件下蒸发蒸腾量计算值为零的问题。在分析了各气象参数对路基土月均潜在蒸发蒸腾量的影响规律的基础上,验证了新方法的适用性并简化了路基湿度平衡计算的流程。针对路基湿度的季节性变化特征,提出了阶段湿度指数计算方法,并细化了Ⅱ₁区三级划分区域的路基湿度指数取值范围。结果表明:在负温条件下,路基的月均潜在蒸发蒸腾量在与平均日照时数、平均气温和平均风速正相关的同时,与平均相对湿度负相关,并且总潜在蒸发蒸腾量占全年总量的9.8%~15.7%;路基湿度平衡后的状态可简化为有径流、无径流不干旱和无径流干旱3种,并可采用4阶段湿度指数对其最不利季节进行判别;对于所研究的7个气象站,不同土组的湿度指数计算最小值为-16.5,最大值为33.2,这与现行规范推荐值（-8.1~35.1）相比,不仅数值整体偏小、路基湿度状态更偏干旱,而且自西南向东北逐渐降低。采用该方法可有效计算Ⅱ₁区负温下土壤蒸发蒸腾量,并进而确保对路基湿度指数估算的精度。     

非饱和重塑黄土-混凝土接触面修正双曲线模型

为解决非饱和土与结构物接触计算中的力水耦合问题,进行了不同含水率重塑黄土与混凝土接触面的直剪试验,首先根据试验规律分别简化了双曲线模型中初始剪切劲度系数、极限抗剪强度与法向应力间的关系表达式,然后引入含水率这一变量,建立了适用于非饱和土的接触面修正双曲线模型,该模型具有6个参数,通过不同含水率的接触面直剪试验即可获得。计算结果与试验结果的对比证明了该模型的可行性。该修正双曲线模型可以同时考虑法向应力与含水率两变量,可以较好地实现非饱和黄土与结构物的接触计算。     

干湿循环下粗粒土回弹模量演变规律及模型预估和修正

借助动三轴试验系统,研究了不同含水率、应力加载路径和干湿循环次数下粗粒土回弹模量的变化规律,采用多种预估模型对模型参数进行统计回归,最终确定Ni模型为粗粒土模量预估模型,并提出了干湿循环修正系数及拟合方程.试验结果表明:回弹模量随含水量的增加呈减小趋势,含水量为4％时对应的回弹模量值最大;当偏应力一定时,围压与回弹模量呈正相关,当围压一定时,偏应力与回弹模量呈负相关;随着干湿循环次数的增加,回弹模量整体呈衰减趋势,且在干湿循环次数N=1、2时衰减幅度最大,N=3、4时衰减幅度减小,当N＞4时回弹模量趋于稳定.本文研究成果可为粗粒土路基设计提供参考依据.     

基于割线模量法的压实Q2黄土加载变形本构模型

为预估沟谷型黄土高填方的总沉降量并指导现场施工,对压实黄土的加载变形本构模型进行研究。在侧限条件下,利用自建GunaryEXT模型拟合不同初始压实度和初始含水率条件下压实黄土的应力-应变关系;在此基础上利用割线模量法建立压实黄土的加载变形本构模型;在仅考虑竖向变形的理想条件下,利用该模型预估沟谷型黄土高填方的总沉降量。研究结果表明:GunaryEXT模型可较好地拟合不同初始条件下压实黄土的应力-应变关系;加载变形本构模型预估沟谷型黄土高填方的总沉降量的方法可行,该方法的预估结果可用于指导现场施工。     

天津地区弯沉(FWD法)湿度影响系数研究

湿度是影响路基回弹模量和验收弯沉的重要因素,规范规定采用落锤式弯沉仪进行验收时,必须进行湿度修正,但是规范并没有给出具体的湿度影响系数参考值.本文通过建立弯沉(FWD法)湿度影响系数与路基回弹模量湿度调整系数之间的联系,提供了一种求解弯沉(FWD法)湿度影响系数的简便方法.应用实例表明,应用该方法求解弯沉(FWD法)湿...     

连续降雨条件下黄土路基水分场数值分析

基于非饱和土水分迁移模型,给出了考虑含水量和密度影响的非饱和黄土路基水分场计算模型,确定了模型参数.指出含水量和密度对非饱和黄土渗透系数kw均有显著影响.编制有限元程序,模拟不利连阴雨天气,对黄土路基水分场变化过程进行计算分析.揭示出降雨入渗条件下土体密实度对路基水分场的变化有显著影响,密实度越小,路基湿软区域越大,雨水入渗水分迁移进程越快;相同条件下硬路肩较之土路肩更利于防止雨水入渗.因此,采用硬质路肩或增加土体密实度,均有利于减轻雨水渗入路基,从而预防和减少路基水毁病害.     

湿陷性黄土勘探及地基处理方法探讨

湿陷性黄土地基的处理对整个工程质量、工程造价以及建成后的运营均有较大影响．结合多年来从事公路勘测、设计和施工经验，对黄土的勘探及取样、黄土湿陷性试验、自重湿陷量计算、公路建筑物类别的划分及相应地基的处理方法等进行了研究．结论：将大中桥、立交桥、高路堤、深路堑划为甲类，通道、小桥涵及防护划为乙类，一般路基划为丙类；大中桥基础采用钻孔灌注桩，并考虑桩壁负摩阻力的影响；黄土高路堤、深路堑采用系统的疏导流水和防水措施；小桥涵、通道基底采用换填沙砾、石灰稳定土等措施；一般路基基底采用换填沙砾或石灰稳定土，再冲击压实；零填及挖方路段路基先冲击压实，然后填沙砾或石灰稳定土；完善路基防排水设施，减少湿陷的产生．     

黄土路基边坡降雨响应的试验研究

为了研究降雨入渗对黄土路基边坡孔隙水压力（吸力）、含水量、变形等的影响,选取甘肃平-定高速公路上某段9 m高的填方路基边坡进行了4场人工降雨模拟试验并持续现场监测一个月。监测结果表明：人工降雨模拟引起浅层土体（1m以上）吸力明显下降和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;另外雨水冲刷引起坡面冲沟发育,导致雨水入渗增大和土体强度的进一步衰减。压实度最小的坡脚处降雨引起的湿陷变形最大。在持续降雨的条件下,湿陷变形的发展会导致坡底的沉陷,最后发展为滑坍破坏。从减少雨水入渗,减小土体的强度损失以及控制湿陷变形等方面综合考虑,提高黄土路基边坡的压实度对防止降雨导致的边坡失稳具有重要意义。     

河北省中部平原区土壤墒情变化规律研究

采用衡水、冉庄、捷地3个旱情试验站2002-2005年4年土壤含水率资料,求算出了不同地区分深度逐月土壤含水率消退系数,拟合了不同地区的土壤雨后增墒公式,确定了3个试验站墒情变化规律,并利用2006年资料进行了验证．预报合格率达99％以上,达到甲级预报标准。3个试验站所代表区域的墒情变化规律的研究为河北省其它地区的墒情预报提供了依据。     

土壤墒情监测系统在特色林果种植中的应用

引进土壤墒情自动监测系统,以枣树及葡萄为试种对象,采用烘干法测定值为标准,分析研究了土壤墒情监测系统监测的土壤含水率的准确性.试验结果表明,果树根区0~10 cm土壤含水率变化最为剧烈,10~20 cm土壤含水率变化相对平稳,20~40 cm土壤含水率最大且为试种果木根系主要的分布层,器测值与烘干法测定值变化趋势与幅度较为接近;器测数据相对烘干法测定值误差范围在-4.19%~9.26%,大部分误差值在1%~4%,误差较小;将烘干法测定值与同时、同地器测土壤含水率拟合,拟合方程为y=0.944 9x+0.410 7,拟合度达0.922 5,说明该型土壤墒情监测系统的传感器能够准确地测定土壤含水率.     

初始含水率对风化砂改良膨胀土膨胀力影响

膨胀力是反应膨胀潜势的重要指标之一,选取湖北宜昌小溪塔至鸦鹊岭一级公路改建工程K25+000段膨胀土,对其进行掺风化砂改良处理,在对不同风化砂掺量下的膨胀土进行基本胀缩试验的同时,深入探究了初始含水率对风化砂改良膨胀土膨胀力的大小以及增长速度的影响.试验研究结果表明,掺入风化砂后,膨胀土的各项胀缩指标均有明显改善,且均能达到路基填料的标准;在同一风化砂掺量下,随着初始含水率的增加膨胀力逐渐降低,且膨胀力可以用初始含水率的幂函数很好地描述,两者相关性较好;初始含水率越低土样所具有的的膨胀潜势及膨胀力越大,膨胀力随时间的变化曲线越陡,浸水后改良膨胀土的膨胀力的增长主要集中在1h以内,稳定速度较快;综合考虑经济性以及初始含水率和风化砂掺量对膨胀力大小的影响,建议将风化砂掺量控制在30%~40%,初始含水率控制在略大于最佳含水率1%~2%内,此时对膨胀力的抑制效果较好.     

等温过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明：在试件中引起水分迁移最主要的因素是基质势和重力势;土体中各点的含水体积分数从试件底部开始到试件顶部逐渐减小;毛细上升高度与时间呈幂函数增加关系,最终趋向于一个稳定数值;水通量与时间呈对数函数递减关系。基于上述试验,应用有限元法进行数值模拟的结果表明：含水量计算值与试验值基本吻合,表明该模型可应用于模拟地下水在路基中的上升过程;在水分迁移的整个过程中,土中孔隙水压力由土柱底端向上逐渐减小;在水分迁移过程早期,土体内部孔隙水压力的变化比较明显且变化速率较快;随着时间的推移,在水分迁移过程后期土体内部孔隙水压力的分布变化不明显且变化速率较小,当渗流稳定时,孔隙水压力沿着试样高度呈线性分布。     

降雨条件下不同土质非饱和路基边坡响应特性

通过对我国西部2种典型非饱和路基边坡实施现场人工降雨的监测结果表明,随着各次降雨的依次进行,非饱和路基边坡初始含水量逐渐增大,入渗率逐渐减小;非饱和黄土路基边坡的初始含水量状态对应着一个临界降雨量,只有降雨量超过该临界值,边坡才有可能产生径流。降雨强度越大,从降雨开始到径流产生所需的间隔时间越短;非饱和黄土路基边坡的吸力值远大于非饱和土石混合土路基边坡。在试验条件下,压实黄土路基边坡的降雨入渗影响深度在0.3~0.6 m之间,而土石混合土路基边坡降雨入渗影响深度在2.4 m以上。