福建地区沥青路面渗流特性研究

论文摘要

现有的沥青路面主要以表面坡度为主要排水方式,而不重视排除由于降雨而形成的路面结构内部滞水。随着降雨入渗,路面结构透水,交通荷载等因素的影响,沥青路面湿度不断变化,强度与刚度下降,导致路堤沉陷、路面开裂等公路工程病害普遍存在。因此,明确降雨、车辆荷载及路面结构裂缝对沥青路面水分迁移的影响具有重要意义。鉴于此,本文针对两种典型沥青路面,基于理查德非饱和渗流理论、Biot固结方程,以降雨为主线,通过室内试验、模型标定,参考前人试验数据,运用数值模拟方法,对降雨入渗、降雨与车辆静荷载共同作用下孔隙裂隙沥青路面、带结构孔隙裂隙沥青路面的非饱和渗流特性进行了较为系统的研究,主要结论如下：1、采用SEM电镜试验分析沥青路面内部孔结构分布,发现孔隙和裂隙普遍存在于无开裂的沥青路面材料中；根据Fredlund（?）Rahardjo提出的根据孔隙微观结构特征估算持水曲线。2、二维入渗模拟考虑到路面横向入渗影响,数值比一维结果稍大,分布与一维相同。对于倒装路面和半刚性路面,中雨条件下历时10h或暴雨条件下历时5h后,其整个路面层接近饱和,纵向负压水头分布曲线饱满。3、降雨-车辆静荷载耦合作用,两种沥青路面的负压水头值均比只考虑降雨条件时大：其中半刚性路面负压水头增值最大,随深度保持在8%-10%之间；倒装路面面层与上基层增大在1%-2%之间,而级配碎石层与土基增大了5%～7%之间。4、无论是降雨过程还是雨停后,倒装路面和半刚性路面内部负压水头值都偏高,饱和度较高,水分迁移能力较慢。若路面承受车辆荷载,路面内部孔隙裂隙受到压缩,有可能产生动水压力,对路面性能有很大影响。5、当沥青路面出现结构裂缝,在两种降雨条件下,裂缝周围负压水头值明显增大,表明裂缝的出现大大提高路面的降雨入渗能力。但裂缝宽度在一个数量级（0～1cm）时,负压水头变化不大,但裂缝的产生会使其周围负压水头显著提高。基于以上,可为沥青路面渗流特性理论研究与应用提供参考。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 孔隙裂隙介质非饱和渗流的研究现状
• 1.2.2 孔隙介质非饱和渗流-应力耦合的研究现状
• 1.2.3 带结构裂缝的孔隙裂隙介质非饱和渗流的研究现状
• 1.3 问题的提出与研究内容
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 沥青路面非饱和渗流特性
• 2.1 孔隙裂隙介质持水曲线
• 2.1.1 SEM电镜试验
• 2.1.1.1 SEM电镜试验方法
• 2.1.1.2 SEM电镜试验试件制备
• 2.1.1.3 SEM电镜试验结果分析
• 2.1.2 孔隙率的测定方法
• 2.1.3 孔隙裂隙介质持水曲线拟合
• 2.2 非饱和渗流参数
• 2.2.1 饱和渗透系数的测定方法
• 2.2.2 非饱和渗透系数
• 2.2.3 非饱和渗透系数的模型
• 2.3 储水系数
• 2.4 本章小结
• 第三章 降雨下孔隙裂隙介质路面非饱和渗流特性
• 3.1 孔隙裂隙介质路面非饱和渗流数学模型与求解
• 3.1.1 孔隙裂隙介质路面非饱和渗流基本理论
• 3.1.2 非饱和渗流定解条件
• 3.1.3 COMSOL Multiphysics软件简介
• 3.2 沥青路面降雨入渗模拟
• 3.2.1 计算参数
• 3.2.2 一维降雨入渗数值模拟
• 3.2.3 二维降雨入渗数值模拟
• 3.4 本章小结
• 第四章 非饱和孔隙裂隙路面降雨-应力耦合效应
• 4.1 孔隙裂隙介质非饱和渗流-应力耦合模型
• 4.2 降雨-车辆静荷载共同作用下孔隙裂隙路面渗透特性
• 4.2.1 计算参数
• 4.2.2 倒装路面渗流结果
• 4.2.3 半刚性路面渗流结果
• 4.3 降雨结束车辆静荷载作用下孔隙裂隙路面渗透特性
• 4.3.1 计算参数
• 4.3.2 倒装路面渗流结果
• 4.3.3 半刚性路面渗流结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 有结构裂缝的孔隙裂隙路面非饱和渗流特性
• 5.1 半刚性路面结构裂缝入渗模型
• 5.1.1 计算理论
• 5.1.2 边界条件
• 5.1.3 计算参数
• 5.1.4 计算模型
• 5.2 带有结构裂缝的孔隙裂隙路面降雨渗流结果
• 5.2.1 裂缝宽度0.5cm的半刚性路面渗流结果
• 5.2.2 裂缝宽度1cm的半刚性路面渗流结果
• 5.2.3 不同裂缝宽度对半刚性路面渗流的影响对比
• 5.3 带有结构裂缝的孔隙裂隙路面降雨-荷载耦合渗流结果
• 5.3.1 裂缝宽度0.5cm的半刚性路面渗流结果
• 5.3.2 降雨-荷载耦合下带裂缝半刚性路面渗流的影响对比
• 5.4 带有结构裂缝的孔隙裂隙路面雨后荷载作用渗流结果
• 5.4.1 0.5cm裂缝的半刚性路面雨后无荷载作用渗流结果
• 5.4.2 0.5cm裂缝的半刚性路面雨后加标准轴载渗流结果
• 5.4.3 降雨后带裂缝半刚性路面内部渗流结果对比分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介