基于非飽和流的路面結(jié)構(gòu)裂縫滲水分析

1、基于非飽和流的路面結(jié)構(gòu)裂縫滲水分析1收稿日期：20091222作者簡介：蘇偉翔(1982)，男，廣東廣州人，助理工程師，廣州市公路勘察設(shè)計有限公司，廣東廣州510500基于非飽和流的路面結(jié)構(gòu)裂縫滲水分析基于非飽和流的路面結(jié)構(gòu)裂縫滲水分析摘要：要：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，對于密級配基層，入滲到基層中的水分橫向排出的速度緩慢。面層下設(shè)置排水基層并結(jié)合邊緣排水系統(tǒng)能迅速排除層間及結(jié)構(gòu)層內(nèi)自由水，并有效地減少

2、下滲到底基層的雨水裂縫入水導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層含水量大幅提高。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：路面排水；裂縫；滲流中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：DrainageAnalysisfCracksinPavementLayersBasedonUnsaturatedFlowTheySUWeiXiang(GuangzhouHighwaySurveyDesignCo.LtdGuangzhouGuangdong510500)Abstract:Drainageanalysisfcrac

3、ksinpavementlayersbasedonunsaturatedflowtheyMasswaterhaveInfiltratedintodensegradedbaseswhenexistingcracksjointstransversedirectionflowrateisslow.Permeablebaseshavesignificantlyreducedmoistureinthesections.Keywds:drainag

4、ecracksseepage水是危害公路的主要自然因素。大多路基沉陷、沖刷、坍塌、翻漿，瀝青路面松散、剝落、龜裂，水泥混凝土路面唧泥、錯臺、斷裂等病害，都不同程度地與地表水和地下水的侵蝕有關(guān)。水的作用加劇了路基和路面結(jié)構(gòu)的損壞，加快了路面使用性能的惡化，縮短了路面的使用壽命[1]。有資料顯示，良好的公路排水系統(tǒng)能將道路的使用壽命延長2到3倍。AASHTO和美國工程兵部隊的路面設(shè)計指南都指出，完善的公路排水系統(tǒng)對確保路基路面良好的使用性能

5、、延長道路使用壽命和節(jié)省道路養(yǎng)護(hù)費用等方面起著關(guān)鍵的作用[23]。Birgisson[2]基于非飽和土理論，采用SEEPW軟件對明尼蘇達(dá)州三條公路進(jìn)行滲水模擬。通過SEEPW計算出公路初始地下水位，修正由明尼蘇達(dá)州公路局提供的土水特征曲線進(jìn)氣值、斜率和滲透系數(shù)等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)含水量的模擬值與實測值有很好的相關(guān)性。結(jié)論指出，SEEPW能有效地模擬多層路面結(jié)構(gòu)的非飽和排水。本文基于前人非飽和土參數(shù)值的研究上，運用有限元軟件針對帶裂（接）縫的瀝青

6、路面和水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行滲流模擬，分析新建路面與帶裂縫路面結(jié)構(gòu)雨水入滲量，路面內(nèi)部排水系統(tǒng)對以上結(jié)構(gòu)的排水性能改善程度。1路面結(jié)構(gòu)層滲流模型非飽和土與飽和土的根本區(qū)別在于，前者為三相體，部分空隙由氣體填充。Fredlund[4]等采用兩個獨立應(yīng)力狀態(tài)變量進(jìn)行非飽和土的理論應(yīng)力分析。這兩個獨立應(yīng)力狀態(tài)變量是凈法向應(yīng)力和基質(zhì)吸力。其中σ為土體)(w???)(wa???單元法向應(yīng)力，μa為孔隙氣壓力，μw為孔隙水壓力。飽和土是非飽和土的一

7、種特殊情形，即＝0，因此只有一個應(yīng)力狀態(tài)變量)(wa???。通常在工程應(yīng)用中假定孔隙氣壓力與)(w???大氣壓強相等，于是μa＝0，因此非飽和區(qū)的壓力勢就是負(fù)孔隙水壓力（μw），即基質(zhì)吸力就用負(fù)孔隙水壓力來衡量。（1）wwy????式中：y為距離地下水位的距離，水位以上為負(fù)，基于非飽和流的路面結(jié)構(gòu)裂縫滲水分析36m123體體體體體體體圖2選取點位置示意圖選取點位置示意圖4計算結(jié)果分析圖3為裂隙結(jié)構(gòu)與新建路面結(jié)構(gòu)基層降雨期間體積含水量分布

8、。降雨一個小時內(nèi)，兩種結(jié)構(gòu)的體積含水量接近，保持初始值6.5％。接下來一個小時，裂隙結(jié)構(gòu)基層體積含水量增長速度比新建路面快，截止到計算時間末t＝7200s，裂隙結(jié)構(gòu)基層體積含水量增加到飽和值24％，比新建路面基層體積含水量19％高5％，說明裂縫的存在將導(dǎo)致表面水入滲量大大增加。圖4為裂縫處入水流線圖。0.000.050.100.150.200.250.30010002000300040005000600070008000體體s體體體體體

9、體體體體體體體體圖3裂隙結(jié)構(gòu)與新建路面結(jié)構(gòu)基層體積含水量分布裂隙結(jié)構(gòu)與新建路面結(jié)構(gòu)基層體積含水量分布圖4雨停時裂縫處入水流線圖雨停時裂縫處入水流線圖圖5為雨停后面層體積含水量分布。排水基層結(jié)構(gòu)面層由含水量飽和值8％降到5％用了24h，而密級配基層結(jié)構(gòu)體積含水量降到5％用了400h。由于體積含水量5％接近面層材料的殘余含水量值4.6％，隨后面層的排水速率趨于平緩。說明排水基層能迅速排除面層中和積滯在層間的自由水。0.000.010.020

10、.030.040.050.060.070.080.0902004006008001000體體h體體體體體體體體體體體體體體圖5雨停后面層體積含水量分布雨停后面層體積含水量分布5結(jié)論進(jìn)行瀝青混凝土路面接（裂）縫降雨入滲模擬，假定行車道中間一條裂縫，路面與路肩處一條接縫，接（裂）縫寬1cm。接（裂）縫的存在導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層雨水滲入量大幅增加。對于密級配基層，入滲的自由水積滯在結(jié)構(gòu)層與層間；面層下設(shè)置排水基層能迅速排除結(jié)構(gòu)層中的雨水。參考文獻(xiàn)參考文

11、獻(xiàn)[1]JohnStmontShenxiongZhou.ImprovingPavementSubsurfaceDrainageSystemsbyConsideringUnsaturatedWaterFlow[R].DepartmentofCivilEngineeringUniversityofNewMexicoAIbuquerqueNewMexico2001.[2]PaolaArizaBjnBirgisson.EvaluationofW

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