黄土边坡降雨入渗规律试验

为研究降雨对边坡稳定性的影响,利用人工模拟降雨装置和路堤土工模型,进行了不同初始含水量和不同降雨条件下黄土路堤边坡湿润锋和入渗率的试验,探索了黄土路堤降雨入渗过程,分析了黄土路堤边坡稳定性对降雨历时和降雨强度的敏感程度及入渗变化规律.结果表明:雨水入渗路堤土呈先快后慢的趋势,湿润锋从规则向不规则逐渐转化;入渗率与边坡初始含水量、路基压实度和降雨历时成反比关系,与降雨强度基本无关.     

湿度影响下的重载交通沥青路面动力响应

考虑地下水和雨水入渗的影响,运用ABAQUS软件建立重载交通沥青路面动力分析模型,分析地下水上升和降雨入渗引发路基湿度变化后的路基动态回弹模量分布规律,以及三轴双轮移动重载作用下沥青路面的动力响应.分析结果表明,地下水距路基顶面越近,对路基模量的分布影响也越显著,降雨入渗与动载共同作用处的路基模量折减更明显;地下水位距路基顶面高度从6 m减至2 m时,面层层底拉应变由70×10~(-6)增至173×10~(-6);降雨强度增大对外侧车道处的面层层底拉应变影响巨大,对中间车道的影响较小;降雨天数增加,两侧车道的面层层底拉应变反而减小,而中间车道的趋势相反,拉应变随着降雨天数增加而增大.     

路基边坡降雨试验及基于神经网络的水分场研究

为了研究降雨条件下路基边坡土体含水率的变化规律及雨水入渗过程,进行一系列不同降雨强度、不同坡度条件下的室内降雨模拟试验。以土体含水率受降雨历时、土体空间位置、坡度和降雨强度这4个因素作为输入单元,体积含水率作为输出单元,选取试验数据输入训练,建立含水率的遗传算法神经网络预测模型。预测检验后,利用神经网络对2.7 mm/min降雨强度下40°边坡的降雨入渗过程进行预测研究。研究结果表明:对于路基边坡,当土的性质、压实度、排水等条件相同时,土体含水率受降雨历时、土体空间位置、坡度和降雨强度这4个因素共同影响;随降雨的进行,土体含水率逐渐增加,浸润范围不断增大,受空间位置影响距入渗面越远则含水率变化滞后,增长速率及幅度减小;在相同雨强下,不同坡度边坡坡顶土体含水率变化过程相似,而随坡度的增大,坡脚土体含水率的增长速率及幅度逐渐减小;随雨强的增加同一边坡相同位置处土体含水率越早开始增大,其增长速率及幅度也随之增加;利用所建立的含水率遗传算法神经网络预测模型所得入渗结果与试验观测结果接近,表明该神经网络方法能较好地描述路基边坡土体含水率的变化情况及雨水的入渗过程。     

模拟降雨下微膨胀性路基膨胀变形行为试验研究

为分析微膨胀性填料在高速铁路中的适用性,建造1:2大比例无砟轨道微膨胀性安山岩路基,并对路基进行模拟降雨试验。通过对路基土体湿度、隆起变形进行监测,研究模拟降雨作用下无砟轨道微膨胀性路基的膨胀变形特征及其对轨道结构的影响。研究结果表明:在降雨作用下,微膨胀性安山岩路基发生隆起变形,轨道板中心线处最大隆起变形为0.901 mm;路基隆起变形沿路基横向呈非均匀分布特征,路基面隆起变形随着距路基中线距离增加而增加,而路基坡面隆起变形减小;路基内应力场与湿度场的非均匀分布特征引起路基发生不均匀隆起变形和轨道板发生翘曲变形,进而导致轨道板产生倾斜,轨道板最大倾斜角度为5.42×10~(-3)(°);对于微膨胀性填料路基,施加合适的上覆荷载可显著减小轨道板的隆起变形及其倾斜程度。     

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。     

陕北地区土地利用变化影响土壤入渗性能试验研究

陕北地区为典型的生态脆弱地区,近年来随着当地社会经济的快速发展,土地利用条件发生了深刻变化。科学认识土地利用变化对降雨入渗等水文特征影响,对于科学指导当地的生态环境建设具有重要意义。论文通过模拟降雨试验,对几种主要土地利用类型的降雨入渗特征进行了研究。研究结果表明,在原状土坡面上,雨强和坡度对土壤入渗性能产生影响。随着雨强的增大,单位雨强入渗率明显降低,其有效入渗雨量降低;坡度越大土壤的入渗性能也相应降低。在扰动土坡面上,土壤入渗性能总体有所增加,但是在较陡坡度条件下,扰动土坡面土壤入渗性能降低,坡面产流增加。非硬化路面的土壤入渗性能整体较低,加之坡面糙度较低,产流量和产流速度明显增加,增加了水土流失发生发展的动力条件。在生产实践中需要加强对扰动区以及非硬化道路路域水土保持防护。     

降雨作用下路堤边坡水毁机理及影响因素分析

为明确降雨对路堤边坡内部渗流场以及稳定性的影响,对路堤边坡水毁机理及其主要影响因素进行了研究.在特定土质、压实度以及冲刷入渗时间等控制条件下,通过边坡模型试验探究降雨对边坡坡面冲刷破坏过程的特征,运用GeoStudio程序进行数值模拟分析,找出降雨作用下路堤边坡内部渗流场和稳定性的变化规律.结果表明:降雨过程中雨水冲刷...     

潮湿多雨地区高速公路路基湿度的实测特征

为获取潮湿多雨地区路基的湿度分布特征及其影响因素,采用现场钻芯取样和预埋湿度传感器的方法,对4条高速公路进行了现场测试。结果表明,黏土路基显著受地下水毛细作用的影响,路床内平衡含水率较最佳含水率提高5%左右,土路肩和边坡的入渗将直接影响外侧行车道以下路基湿度、提升含水率并造成一定程度的干湿循环,中央分隔带防排水措施的失效也可导致内侧行车道下含水率大幅提升;而砂土路基受地下水的影响较小,湿度波动与气候因素变化之间的滞后性也较小。因此,设计时宜充分重视防排水措施的长效性,并以路基长期的湿度分布作为设计状态;若考虑到入渗产生的湿度提升与波动,以及高速公路行车道的荷载分布特征,以外侧车道的实际湿度作为设计状态则更为合适。     

极端降雨对黄土沟壑区隧洞施工力学效应影响分析

黄土地区输水隧洞的建设中,降雨入渗极大影响着输水隧洞围岩稳定性。本文利用非饱和渗流理论和数值模拟方法研究了极端降雨条件入渗与黄土沟壑区隧洞的开挖扰动耦合影响下围岩的变形和渗流场演变规律,通过Plaxis3D模型对降雨入渗下新奥法施工过程中围岩力学特性、初期支护过程进行流固耦合分析。结果显示,降雨等级越高,围岩孔隙水压力变化幅度越大,对围岩的稳定性越不利;降雨入渗与开挖扰动会加速土层中渗流场和应力场的重分布过程;基于沟道的汇水特性,隧洞围岩含水率在最初5~10 d呈台阶式增长,拱顶、拱腰和拱趾处的最大变形为17.8 mm、28.2 mm、24.6 mm,最大剪切应力为175.3 kPa、182.5 kPa、150.6 kPa,降雨结束约15~20 d围岩变形速率逐渐减小收敛至特定值,但围岩的应力持续增加,为避免围岩发生塑性变形,故可在15~20 d进行二次衬砌支护。本次研究结果可对极端降雨期黄土沟壑地区隧洞施工安全控制提供参考。     

长期降雨对路堤填土变形和压实度影响分析

针对潮湿多雨地区典型路基填土,在京台高速公路高液限路堤填土试验研究的基础上,选取典型断面利用Geo Studio有限元软件开展数值模拟研究,考虑非饱和路堤填土的应力和渗流耦合进行固结分析,研究在长期降雨工况下路基沉降变形规律,进而分析长期降雨对变形和压实度的影响规律以及压实度与路基沉降之间的关系。研究表明:对于不同含水率填土路堤,无论是连续施工和间歇施工,竣工期的沉降量占了总沉降量的绝大部分,竣工时和沉降稳定后路堤的最大沉降量都随含水率的增大而增大。当遇长期降雨时,竣工和沉降稳定时路堤的沉降量都比无降雨时大;长期降雨情况下路堤沉降稳定时压实度增量比无降雨时大。     

快速液压夯动力补强效果无损评价试验研究

为了探究快速液压夯动力补强效果,对同种液压夯不同夯实次数处理过的路基开展瞬态面波无损检测,然后进行钻土取芯并开展土工试验,得到了含水率与压实度等相关土体参数随深度变化情况。基于瑞雷波波速及相关土体参数,建立了压实度经验模型,并通过实测数据进行了验证。试验结果表明：瑞雷波波速云图呈现明显的层状分布,干密度和压实度随着路基高程增加逐渐提高,在路基表面处,夯实2组的路基压实度与未夯实路基相比提高了1.95%,夯实4组的路基压实度与未夯实路基相比提高了3.13%;在路基表面处,夯实2组的路基干密度与未夯实路基相比提高了0.91%,夯实4组的路基干密度与未夯实路基相比提高了1.01%。进行瑞雷波速与原位试验实测纵向压实度关系曲线标定时考虑含水率对瑞雷波速的影响进行回归拟合,建立了相关性良好的波速-压实度经验模型,提高了基于瞬态面波的压实度检测方式精度。     

裂隙膨胀土室内降雨入渗试验研究

在大气降雨和蒸发的作用下,膨胀土体收缩产生大量无序破裂裂隙,水分易向土体深部渗透,裂隙性膨胀土比同类非开裂土体具有更大的渗透性,容易使膨胀土地区的边坡滑坡。常规试验中采用完整的土样进行渗透试验,量测出的渗透系数与实际裂隙存在的膨胀土渗透性有数量级上的差异,为反映裂隙膨胀土的真实渗透性,对不同初始含水率相同压实度、相同初始含水率不同压实度的两组裂隙膨胀土样进行室内模拟降雨实验,研究其在降雨入渗条件下的渗透规律,得出以下结论：(1)不同压实度膨胀土样脱湿后都形成以宽、细裂隙构成的裂隙网络,表面裂隙形态各不相同,总体上随压实度降低土样主裂隙有由开放向连通闭合的趋势,高、低压实度土样表面裂隙率比中等压实度(75%)土样低;(2)不同初始含水率土样裂隙脱湿后表面裂隙形态差异大,初始含水率从高到低土样宽裂隙趋向于均匀、且细裂隙明显增多,主裂隙曲线形状随初始含水率降低由圆弧状向直线转变,高初始含水率土样表面裂隙率大,初始含水率降到一定程度时土样表面裂隙率基本相当;(3)不同压实度下裂隙膨胀土初始入渗率随压实度增大而增大,近于线性关系,其后短时间内急骤衰减,压实度大的土样衰减速率较慢,稳定后入渗率都处于10-4数量级;(4)不同初始含水率土样初始入渗率数量级相同,不同土样入渗率变化区别极大,入渗率衰减阶段的衰减速率与持续时间明显不同,初始含水率高的土样衰减速率较低、持续时间长,土样稳定后平均入渗率除极高初始含水率土样外其它基本相同,约为4 E-04cm/s。     

强蒸发地区受路面覆盖效应的路基温湿度场表达

为阐明受路面覆盖效应影响的强蒸发地区路基温湿度分布特性,通过理论分析和现场试验分析,全天监测三个典型地区的沥青路面,研究了受路面覆盖效应影响的路基温度场和湿度场分布特性。研究结果表明:路基内部温度随着大气温度的变化呈正弦或余弦变化,其相位角随深度位置和升降温过程而变化;受外界环境温度影响较大的区域深度≤120 cm范围,在低温季节最大温度梯度在90～150 cm范围内,并基于升降温阶段提出了路基温度预估模型。路基含水量随路基深度发生变化,路基内部湿度场随路基深度变化分为三个阶段,路基内部40～80 cm范围内湿度最大,在此范围外,路基深度≤40 cm或≥80 cm湿度均呈递减趋势;提出了水汽迁移预估模型和基于湿度指数(TMI)和土组特性指标(wPI)的路基湿度预估模型,并以此为基础提出采用Fredlund-Xing模型对强蒸发地区路基湿度预估。     

降雨条件下拓宽路堤稳定性数值分析

基于非饱和渗流理论,在有限差分软件FLAC3D渗流模块的基础上,采用内置FISH语言自编程序实现了降雨条件下拓宽路堤上饱和-非饱和渗流过程的模拟,进而分析了降雨入渗对拓宽路堤孔隙水压力和饱和度的影响,以及土工格栅加筋和填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响.研究结果表明:降雨初期路堤土体基质吸力迅速降低,边坡最先达到饱和状态,形成暂态饱和区;考虑降雨入渗影响时,拓宽路堤安全系数明显减小,土工格栅加筋可有效减小降雨入渗对拓宽路堤稳定性的影响;新路堤填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响较大,实际工程中应保证路堤填土的压实度并采取边坡防护措施以减小雨水入渗的影响.     

不同压实度和初始含水率裂隙膨胀土室内降雨入渗试验研究

在大气降雨和蒸发的作用下,膨胀土体收缩产生大量无序破裂裂隙,水分易向土体深部渗透,裂隙性膨胀土比同类非开裂土体具有更大的渗透性,容易使膨胀土地区的边坡滑坡。常规试验中采用完整的土样进行渗透试验,量测出的渗透系数与实际裂隙存在的膨胀土渗透性有数量级上的差异,为反映裂隙膨胀土的真实渗透性,对不同初始含水率相同压实度、相同初始含水率不同压实度的两组裂隙膨胀土样进行室内模拟降雨实验,研究其在降雨入渗条件下的渗透规律,得出以下结论:(1)不同压实度膨胀土样脱湿后都形成以宽、细裂隙构成的裂隙网络,表面裂隙形态各不相同,总体上随压实度降低土样主裂隙有由开放向连通闭合的趋势,高、低压实度土样表面裂隙率比中等压实度(75%)土样低;(2)不同初始含水率土样裂隙脱湿后表面裂隙形态差异大,初始含水率从高到低土样宽裂隙趋向于均匀,且细裂隙明显增多,主裂隙曲线形状随初始含水率降低由圆弧状向直线转变,高初始含水率土样表面裂隙率大,初始含水率降到一定程度时土样表面裂隙率基本相当;(3)不同压实度下裂隙膨胀土初始入渗率随压实度增大而增大,近于线性关系,其后短时间内急骤衰减,压实度大的土样衰减速率较慢,稳定后入渗率都处于10-4数量级;(4)不同初始含水率土样初始入渗率数量级相同,不同土样入渗率变化区别极大,入渗率衰减阶段的衰减速率与持续时间明显不同,初始含水率高的土样衰减速率较低、持续时间长,土样稳定后平均入渗率除极高初始含水率土样外其他基本相同,约为4×10-4cm/s。     

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。     

降雨入渗参数对粗粒土路堤暂态饱和区影响的数值模拟

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明：降雨强度q与饱和渗透系数ksat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q／ksat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与ksat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

浅谈核子密度仪检测压实度在工程施工中的应用

内河码头进港公路、场坪及公路工程路基施工，交通部规范要求每层压实度检测频率2000m28点，底基层与基层施工，交通部规范要求每一层压实度检测频率2000m26点。规范要求检测的压实度频率大、工作量大，如果单靠常规的灌砂法检测现场压实度，不可能满足规范频率的要求，影响施工进度，造成检测压实度数据的虚假成份。为满足施工需要和便于控制进港公路路基与路面底基层、基层及码头场坪的工程质量，我们在贵州省大乌江码头、赤水河鲢鱼溪码头进港公路场坪、公路路基施工中，使用核子密度仪与灌砂法相结合来控制路基及路面底基层、基层及场坪的压实度，有效控制了路基与路面底基层、基层及场坪的工程质量，也减轻了试验检测人员的劳动强度，加快了施工进度。     

强降雨致洪因素下渗流对高速公路路基稳定性的影响

近年来由于全球变暖的影响,极端降雨事件频发.洪水灾害多由暴雨引起,极端降雨一旦诱发洪水,会增大灾害的破坏力,严重威胁高速公路路基稳定性.采用有限元分析的方法,分析不同降雨强度、强降雨致洪作用下路基模型的渗流场、位移分布规律和安全系数的变化规律,探究降雨入渗、洪水渗流作用对高速公路路基边坡稳定性的影响.得出结论：(1)高速公路路基安全系数随降雨时长和强度的增加而降低,降雨强度越大,延长降雨时间对路基边坡安全系数的影响越大,路基的安全性能折损越严重,失稳风险越大.(2)高速公路路基的安全系数随着强降雨诱发的洪水高度的增加而降低,洪水水位越高,行洪时间的延长对路基边坡安全系数的影响越大,路基的安全系数折损越严重,失稳风险增加.(3)对比洪水对自然状态下的路基进行渗流,强降雨致洪条件下路基更容易失稳.与洪水直接对自然状态下公路路基渗流相比,若洪水作用前路基经历72 h强降雨（20 mm/h）作用,4、6、8 m高洪水分别导致安全系数降低15.368%、21.438%、13.928%.     

大厚度黄土地层拓宽路基浸水破坏机制

为研究大厚度湿陷性黄土地层浸水湿陷条件下拓宽路基变形破坏特性,基于长安大学土工离心机,安装了降雨浸水系统和位移量测系统,开展与实际应力相一致的离心模型试验,并根据试验结果探讨了湿陷性黄土地层拓宽路基的浸水破坏模式.试验结果表明:拓宽路基荷载影响下,新路基以及部分老路堤会产生新的沉降,最大沉降值出现在拓宽路基形心处,进而产生新旧路基间的不协调变形;持续降雨将会在拓宽路基坡脚处产生雨水入渗,入渗将诱发大厚度湿陷性黄土层内部产生非均匀湿陷,这会导致新旧路基体产生不同程度的湿陷突变,在湿陷突变所产生的差异沉降的作用下,路基边坡首先出现裂缝,进而在新旧路基拼接带处也出现裂缝,最终面临因地基整体增湿失稳所带来的更为严重的路基路面塌陷、滑移等问题.