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填方路基土水汽迁移规律试验研究及数值模拟

作　者: 李斌
导　师: 王桂尧
学　校: 长沙理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 填方路基 水汽迁移 非饱和 水汽含量 压实度 护坡草皮
分类号: U416.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 36次
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内容摘要


随着我国高速公路建设逐步向中西部山区延伸,出现了大量的高填深挖路基,如何减少填方路基的工后沉降成为了当前需要解决的重要问题。除已经明确的诸如路基填筑方法、施工压实不足及实际行车荷载的原因外,路基体内的水汽迁移变化也是路基工后沉降的一个主要原因。当前,虽然对非饱和土水汽迁移问题有了一定的研究,但对于非饱和土导水参数的求解方法上尚不统一,其整个迁移过程和迁移规律的研究和认识尚有待进一步完善和补充。本文结合湖南省潭衡高速公路填方路基工程实践,对某典型填料的非饱和土水汽迁移规律进行了系统的研究。首先,在张力计原理的基础上,通过对张力计的一系列的改装,研究了该填料土基质吸力的量测方法;其次,以该填料土的PSD数据为基础,结合分形理论,求出了该土样的PSD分形维数。在Menger海绵模型的基础上,将毛细管模型应用于土水特征曲线中,导出了该土样基质吸力的函数关系式。通过该结果与实测结果的对比分析,验证了理论分析和实验方法的准确性。另外,设计了一维压实土柱水分再分布试验,通过土中水汽再分布过程推导出非饱和土导水参数的函数关系式;通过设计不同流量边界条件下的压实土柱试验,对其水汽迁移变化规律及其与压实度、各边界条件之间的关系进行了试验研究,并采用有限元分析软件对该实验进行数值模拟,二者结果吻合较好,说明该软件对非饱和水汽迁移问题模拟是可信的;最后,采用该软件建立该典型路基二维实体模型,对某典型路基土在自然气象条件下的水汽迁移规律进行了数值模拟,并对护坡草皮对路基水汽迁移规律的影响进行了进一步的探讨。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 问题的提出  9
  1.2 国内外的研究现状  9-15
    1.2.1 非饱和土水力参数研究现状  9-12
    1.2.2 非饱和土水汽迁移数值模拟研究现状  12-15
  1.3 本文研究的目的与意义  15-16
  1.4 主要工作及研究思路  16-17
第二章 非饱和土水汽迁移基本理论  17-27
  2.1 基本概念  17-21
    2.1.1 非饱和土中吸力  17-19
    2.1.2 非饱和土水特征关系  19-21
  2.2 水汽迁移理论及方法  21-25
    2.2.1 土中水的形态和能态  21-23
    2.2.2 水汽迁移理论  23-25
  2.3 水汽迁移问题的求解  25-26
  2.4 小结  26-27
第三章 非饱和土导水参数研究.  27-51
  3.1 非饱和土土水特征关系研究  27-35
    3.1.1 粒径重量分形法  27-29
    3.1.2 分形维数的确定  29-32
    3.1.3 基于分形特征的土水特征关系表达  32-34
    3.1.4 计算结果及分析  34-35
  3.2 非饱和土基质吸力的量测  35-43
    3.2.1 实验室吸力计的研制过程  36-39
    3.2.2 试验操作方法及步骤  39-40
    3.2.3 量测结果及分析  40-42
    3.2.4 尚存在的几个问题  42-43
  3.3 非饱和土导水参数分析  43-49
    3.3.1 基本原理  43-45
    3.3.2 一维水汽再分布试验  45-47
    3.3.3 导水参数计算结果及分析  47-49
  3.4 小结  49-51
第四章 非饱和土水汽迁移规律试验研究  51-61
  4.1 概述  51
  4.2 试验土样基本物性指标试验  51-52
  4.3 非饱和土水汽迁移规律试验及影响因素分析  52-59
    4.3.1 试验的制备  52-53
    4.3.2 试验内容设计  53-54
    4.3.3 试验结果及分析  54-59
  4.4 小结  59-61
第五章 填方路基土水汽迁移规律数值模拟研究  61-80
  5.1 HYDRUS2D程序介绍  61-65
    5.1.1 HYDRUS2D功能介绍  62-63
    5.1.2 HYDRUS2D的算法基础  63-65
  5.2 土柱试验数值模拟对比分析  65-67
    5.2.1 模型建立及相关参数  65
    5.2.2 数值计算及结果分析  65-67
  5.3 填方路基水汽迁移规律数值模拟  67-79
    5.3.1 工程概况  67
    5.3.2 有限元模型的建立  67
    5.3.3 填料参数  67-68
    5.3.4 草皮根系吸水模型  68
    5.3.5 初始及边界条件  68-69
    5.3.6 求解及结果分析  69-79
  5.4 小结  79-80
第六章 结论  80-83
  6.1 结论  80-81
  6.2 有待进一步探讨的问题  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
附录A(攻读学位期间发表论文目录)  88
附录B(攻读学位期间参与课题目录)  88

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 路基、路面工程 > 路基工程
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