路基土水分扩散和冷凝迁移的室内模拟

为研究水分扩散和冷凝迁移引起的路基软化机理及影响因素,设计制作模拟路基竖向水分冷凝迁移和水平方向水分扩散迁移的试验装置。首先,模拟竖向温差条件,通过室内试验研究不同压实度路基土在温度梯度作用下的竖向水分冷凝迁移高度和迁移速率变化规律;然后,模拟晴雨交替和连续降雨条件,对不同晴雨交替循环、不同压实度和不同边坡坡度路基土的水分扩散迁移变化进行试验研究,得到了晴雨交替与连续降雨、不同土样压实度以及边坡坡度对路基土水分扩散迁移的影响规律。研究结果表明:路基土的压实度、路基边坡坡度以及晴雨交替循环等因素会对路基边坡的水分扩散迁移速率及迁移范围产生显著影响。路基土的水分扩散迁移是引发高填方路基含水率升高及路基软化的主要原因。     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。     

非饱和土路基水气迁移规律及其影响因素实验

非饱和黏土的水气迁移影响着路基服役期间的安全运行和长期使用性能的保障。研究非饱和土路基水气迁移规律对路基路床湿度的影响具有重要的工程应用价值和意义。本文通过室内试验模型,运用高低温交变恒温箱改变环境温度,模拟四季环境温度对水分迁移的影响。模拟非饱和黏性土气态水迁移过程,并进行影响因素的敏感性分析。获得非饱和黏性土的水气迁移规律并进行影响性因素评价,实验结果表明,非饱和土水气迁移过程中,含水率梯度对气态水迁移量影响较大;迁移时间对液态水迁移影响较大;低温环境下以液态水迁移为主,随环境温度升高气态水迁移量占比逐渐升高。含水率梯度,含水率水平,压实度,迁移时间,不同环境温度均对气态水迁移量均有贡献,其中压实度对其影响最小。在实际工程中应更重视水气两相迁移对路基土体性能的影响。     

冻结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,进行了冻结过程中封闭系统下土体水分迁移试验,试验结果表明:试样中温度的变化是先快后慢,最终试样内部温度随深度的变化呈现出一个稳定的温度梯度分布;温度势对水分迁移的影响甚微,温度梯度是导致含水量梯度产生的一个重要诱导因素,当温度的变化致使土体发生冻结时,冻结区的液态水含量急剧减小,从而引起其基质势能的急剧降低,促使土中未冻水沿着温度降低的方向迁移.基于上述试验,通过建立二维温度场与水分场耦合效应模型,应用有限元数值方法对室内封闭系统下模型试件的温度场、水分场进行了数值模拟,计算值与实测值基本吻合,验证了水热耦合数值计算模型的正确性.该模型可用于模拟季节性冰冻地区路基土体中水分迁移的变化规律,为冻胀防治提供依据.     

强夯处理黄土路堤的模型试验

针对黄土路堤强夯压实处理问题开展了模型试验研究。基于几何相似、运动相似及动力学相似原理设计模型路基及夯击功能,在路基中布设了加速度计及分层沉降标。按路基土不同的初始干密度及路顶单点夯和多点夯情况进行了强夯压实试验,研究了模型路基在强夯前后的分层压实度变化规律、路顶分层土的夯沉量和侧向挤出变形量以及强夯振动力沿路基深度水平向的传递规律,为强夯压实黄土路堤技术的工程应用提供参考依据。     

非饱和黄土场地水分入渗规律及影响因素的现场试验与数值模拟

为了探究非饱和黄土场地水分入渗规律及其影响因素,为黄土地区因水分入渗作用导致的各类滑坡和工程地质灾害研究提供参考。在非饱和黄土场地现场开展水分入渗试验,获得不同深度水分计监测信息,探讨非饱和黄土场地水分运移规律；结合数值模拟扩展研究不同浸水类型及不同浸水量对水分入渗规律的影响。结果表明：不同深度土体的体积含水率随时间关系曲线呈现出四个阶段变化特征,区别在于各阶段时间的长短和体积含水量峰值的大小；非饱和入渗时,渗透扩散速率随着深度的增加逐渐衰减,且衰减速率较大；不同浸水类型的入渗深度及宽度在短时间内会存在差异,对最终入渗深度及宽度并没有影响；随着浸水量的增加,入渗深度和宽度不断增加,但增加幅度不断减小,非饱和黄土场地水分入渗深度及宽度是有限的。     

湿陷性黄土雨水入渗规律试验研究

为了探究西宁地区湿陷性黄土在雨水作用下,水分入渗迁移规律以及对湿陷性黄土湿陷性的影响,以青海省西宁市典型湿陷性黄土场地为研究对象,结合西宁市水文气象特点,对湿陷性黄土场地有限雨水量入渗的现场浸水并取样进行了土工试验。结果表明:湿陷性黄土在有限雨水入渗作用下湿陷性和自重湿陷性均有一定程度退化但未完全消除;湿陷性黄土场地在有限雨水作用下水分的迁移作用范围和程度有限且呈各向不对称分布。根据现场试验结果并结合土中水分不同赋存状态,分析了湿陷性黄土中水分迁移动力、途径及机理。研究结果可为西宁湿陷性黄土场地在雨水等有限浸水量作用情况下的地基处理方案比选提供依据。     

路基冻结过程中温度场对变形场的影响

为了研究冻土路基温度场及变形场的动态变化规律，基于伴有相变的路基非稳态温度场控制方程和冻土路基变形场二维数值计算模型，对冬季冻土路基温度场和变形场进行了计算分析，得出路基深层土中的温度变化滞后于表层土和气温；对于冻胀冰锋线分布较广的路基，其破坏易在坡脚处产生；冻胀冰锋线分布范围较小的路基，破坏大致发生在竖向位移较大的路基中部。结果表明，冻胀冰锋线的范围是影响路基变形场的重要因素。     

春季灌区道路翻浆原因的试验分析与防治

通过试验观测和理论分析，春季灌区道路形成的翻浆现象是由于冬季土壤冻结时土中水分产生迁移，在路基下形成的聚冰层春季融化造成路基承载力降低，外作用下路基破坏，实质上它是一种冻害现象，据此提出解决道路翻浆危害的一些防治措施：抬高路基，排水及换填。     

植物根系占位对土壤热湿迁移的影响

将土壤床作为非饱和多孔介质，考虑土壤内热、湿、气的耦合迁移机制，针对根系占位或不占位两种情况，对植物根系土壤床中的传热传质进行数值模拟，比较土壤中各量场的分布，分析植物根系占位对土壤床内热量及水分迁移的影响，计算和分析结果表明，植物根系的占位对土壤床内水分迁移有明显的影响，根系的存在使土壤内部的水分分布更为均匀，有利于水分向植物根系密集的上层土壤迁移，也有利于水土保持。     

振动压实黄土路基变形特性与预测模型

为揭示列车荷载作用下黄土路基变形规律及其影响因素。以西韩城际铁路沿线黄土为例,选择适当的试验参数,研究振次、路基深度和含水率对振动压实黄土路基弹性变形和累积塑性变形的影响和变形量,并提出累积塑性变形预测模型。结果表明：振次增加变形减小,在大于2000后趋于稳定;深度增加变形减小,深度从0.5m增加到3.5m,弹性应变、塑性应变分别减小了87%、94%;含水率增加会增大黄土路基变形7%以上;不同层位的黄土路基累计变形预测模型与实测值相关性超过90%。因此,黄土路基应注重防水排水措施,减少路基不均匀沉降,提升整体稳定性。     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究

黄土结构强度是由内部颗粒的空间构型而产生的一种胶结性的联结强度。该强度极易受外界环境的扰动,如增湿、冻融等,引起体积和孔隙变化,削弱黄土的结构强度,进而又会影响路堤、边坡、护栏等黄土构筑物的稳定性。本文选取陕西临潼Q_3原状黄土为研究对象。首先,通过室内模拟增湿和冻融循环作用,分析不同含水率和冻融循环次数下黄土的体积和孔隙的变化规律。其次,通过侧限压缩试验数据绘制出含水率和冻融循环次的关系曲线,并得出黄土在增湿和冻融情况下的压缩变形特征。最后,依据该关系曲线定义黄土结构强度、剩余结构强度,和劣化因子等概念,采用数理统计方法拟合出三者之间的数值表达式,并应用本试验数据计算出所有工程作业对黄土的扰动劣化值,从而得出在增湿和冻融作用下的原状黄土结构强度的劣化规律。     

基于渗流分析的湿陷性黄土地区城际轨道地基处理范围

通过一维渗流土柱试验和数值模拟分析,开展了压实黄土渗流特性及湿陷性黄土地区城际轨道地基处理范围研究。试验结果表明:压实系数对非饱和黄土的渗流影响显著。湿润峰随着时间的变化有两个阶段,快速入渗和缓慢入渗。对压实系数较大的黄土,当湿润峰推进到50 cm后,水分入渗速率进入缓慢阶段。当入渗边界水头较小时,不同的边界水头对压实的黄土渗流规律影响不大。综合分析试验结果及数值分析得到:城际轨道地基采用挤密桩处理时,外放尺寸可按规范取最小值2 m,不必按处理深度的一半取值。对于乙、丙类建筑物或非高等级的线性工程,在满足承载力要求下可采用减小地基处理深度、增大地基处理宽度的处理方式。研究成果可为优化深厚湿陷性黄土地区城际轨道工程地基处理范围提供参考。     

加筋泡沫轻质土路基施工过程应力变形模拟分析

加筋泡沫轻质土对于治理软土路基病害有着重要作用,因此研究泡沫轻质土在路基施工应力变形规律对我国公路工程有着重要意义。本文通过使用FLAC3D软件,对以砂土和泡沫轻质土作为填料的软土路基上在施工过程中的应力以及位移变化规律进行了模拟和研究,得到了泡沫轻质土对路基的沉降、回弹和有效应力变化的影响情况。结果表明：使用泡沫轻质土进行填筑的路基,泡沫轻质土路基比普通填土路基在施工过程中产生的最大沉降有所降低,施工沉降显著减少。而使用加筋泡沫轻质土作为路基填料,可以在普通泡沫轻质土的基础上更加有效减小路基基底竖向应力,同时有效减小路基基底应力分布不均匀的问题。经过研究发现,在加筋率达到0.75%时,泡沫轻质土路基产生的最大基底沉降量最小。针对这一现象,本文分析了加筋泡沫轻质土的加固机理,提出了计算最佳加筋率的方法,完善了软土路基加固理论。     

黄土拓宽路基足尺模型试验施工技术研究

目的研究黄土拓宽路基的变形规律及其相关的施工技术,进行黄土拓宽路基足尺模型试验。方法根据产生不协调变形的组成部分,采用新老路基结合面处理、拓宽路基填料压实度控制、新旧路基结合面加筋处理以及拓宽路基检测技术等分析手段,明确施工控制的技术要点和施工方法。结果研究结果表明:1)拓宽路基最佳摊铺层厚度为20cm,碾压遍数为8～10遍,可以达到设计的压实效果;2)路基填料中,灰土的最佳含水量为13.7%,最大干密度为1.87g/cm3;黄土的最佳含水量为12.3%,最大干密度为1.95g/cm3;3)灰土路基的回弹模量明显高于黄土路基,较好地实现了新旧路基材料沉降变形特性的模拟。结论可以通过模型试验施工技术研究成果进一步了解拓宽路基施工的工艺流程和施工方法以及为其它路基拓宽工程中的处理措施的选择、设计和施工提供有益的帮助。     

大气作用下非饱和土路基湿度及影响因素分析

基于水、蒸汽的流动方程及热能的扩散方程建立路基模型,分析了大气作用下路基湿度变化规律,通过改变相关的气相参数及土壤特性参数,研究了不同气候环境影响下的非饱和土路基湿度变化规律.结果表明：大气对非饱和土路基湿度的影响显著,但其影响的深度范围有限;太阳辐射量对路基湿度的影响最大,相对湿度次之;此外,路基填土的渗透系数及土水特性对路基的湿度影响较大,路基填土的初始含水量越高,则蒸发强度越大,路基的失水程度越高;在长时间小雨的降雨模式下,雨水更容易侵入路基,从而改变路基湿度.
     

黄土丘陵区与黄土塬区地貌发育规律对比及与水土流失的关系──以米脂、洛川为例

通过对以米脂、洛川为代表的典型黄土丘陵区、黄土源区的野外考察，认为它们之间存在着黄土披盖形式、地貌发育规律等方面的差异．这种差异明显表现于二者沟谷发育特点及发育规律上，导致沟谷延伸速度的显著不同两地区水上流失形成主要受各自不同的地貌发育规律控制，均需经历一个较长的强水土流失期．     

冲击碾压技术在湿软性黄土路基处理中的试验研究

为了研究冲击碾压技术在湿软性黄土路基处理中的适用性及加固效果,基于某高速公路路基工程,采用冲击碾压技术进行地基处理和路基的分层填筑压实,测定了土体的压实度和沉降量。试验结果表明,冲击碾压技术适用于浅层湿软性黄土地基处理,有效处理深度为80 cm;且其影响深度随冲压遍数的增加而增加,冲压遍数以30遍为宜。同时,结合沉降量的试验结果,还探讨了冲压质量的控制标准。