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降雨作用下非饱和土路基水分迁移研究 魏文先 (灵台县交通运输局,甘肃灵台744400) 【摘要】渗流水是公路路基破坏的原因之一,本文以降雨作用下,路基非饱和土中水分迁移研究,分析渗流场变化以及孔压变化。 关键词渗流水;非饱和土路基;水分迁移 作者简介:魏文先(1972),女,甘肃灵台人,工程师。 0引言 随着时间延伸,外界各种因素相互作用改变了路基的初始环。微小裂缝有较大的运水能力,能够较大程度上改变局部路基土的含水量;暴露于大气中的路基直接受到降雨渗透及冲刷作用,以致降低路基土的工程性质,使之遭到破坏和降低公路运输能力。公路路基的特殊性主要表现在路基土的非饱和性,尤其是高填土路基为碾压密实的粘性土,属于非饱和土的范畴。降雨入渗渗流一方面包括路堤两侧因水位差而引起的渗流,另一方面还应包括强降雨引起的渗流。 1入渗理论及降雨模型 迁移理论是降雨入渗的基本理论。 首先考虑一个上部边界为地表面,下部边界低于地下水位的垂直一维系统, 其饱和-非饱和系统的地下水运动方程为: 根据达西定律,t时刻其上部边界垂直向下的最大入渗能力为: 连续降雨模型 根据Philip对Richard方程的改进,在未铺路面和未对路边进行包边处理的渗流水速率如下式表示, 式中,t为连续降雨时间;S(i)为土壤吸水率,由下式表示, s为非饱和土进气压;为常数,与非饱和土渗透系数有关,长时间连续降雨可设为1.0;,x为与土质有关的相关参数。 2降雨渗流数值模拟 为了说明降雨作用下路基土中的渗流场和含水量的变化,采用数值模拟给予说明,并作如下假定:不考虑水汽蒸发及其它雨水流失;路基土均质且各向同性,土的孔隙率为定值,各向渗透系数相等,且不随含水量的变化而变化, 在整个过程为定值;降雨模型为连续降雨型(PDEM),分别为轻降雨作用和强降雨作用,即分别为选取一半路基进行模拟,路拱坡度为2%。根据排水规范,设降雨量为二十四小时内降雨量445mm,平均每秒降雨5.1510-6m,计算典型填方路段路基渗流变化情况。 填方路段中央分隔带及路缘带共350m,行车道15m,横坡2%,边坡坡率1:1.5建模如下图: 结语 随着降雨时间增加,零水位线上升,渗流场逐步加大,降雨入渗路基,路面排水通畅,路基非饱和土含水量越小,土体基质吸力越大,抗剪强度越大。降雨过程中,路基非饱和土,路基上部孔隙压力始终为负。 参考文献 Philip.J.R.TheTheoryofInfiltrationofSorptivityandalgebraicinfiltrationequationsJ.SoilSci.,1957,84:257-264. 党进谦,李靖.含水量对非饱和黄土强度的影响J.西北农业大学学报,1996,24(1):56-60
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