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《长安大学》 2007年
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黄土路基的水分入渗规律和湿陷变形研究

颜斌  
【摘要】: 在黄土地区的公路建设中,黄土是公路路基的主要填料。在水和上部载荷的共同作用下,土体发生湿陷变形,随着时间的推移,路基往往会出现各种病害。公路工程对湿陷性黄土的研究基本上是采用房建建筑的规范和试验规程进行勘察和设计,没有充分考虑公路的诸多特点。由于公路路基的工作环境和受力状态与房建工程地基差异很大,将房建建筑的规范直接应用于黄土地区高等级公路的湿陷性评价与计算存在着盲目性、不合理性,更为重要的是缺乏针对性。 本文根据非饱和土土力学理论,通过对黄土地区公路路基的水分入渗模拟与现场试验,结合现有的入渗以及湿陷资料,提出了路基黄土湿陷性评价方法与原则,同时建立了可应用实际工程的湿陷性评价模型以及更加准确的增湿变形理论模型。主要内容为: 首先,结合水分入渗的液相和气相连续性条件以及Darcy定律,建立起关于二维的稳态流和非稳态流的非耦合解,其有限元方程通过Galerkin加权残数法原理得出,通过各种边界条件和初始条件,采用迭代收敛的方法获取各节点的水头和渗透系数,可求出孔隙水压力、水力梯度、水流速度等从属量。 其次,在降雨入渗和浸水入渗情况下,通过非稳态流的有限元分析方法,确定各区黄土路基处治前后、不同高度路堤等情况下水分入渗规律以及饱和区、非饱和区的深度,同时通过现场的降雨入渗试验、浸水试验以及其它的相关水分入渗资料来印证数值模拟的准确性,得出了湿陷性黄土七个分区在历史最大降雨量情况下的降雨入渗深度,为路基黄土湿陷性评价和处理方法选择提供了参考依据。 最后,针对黄土地区公路路基的水源条件、受力状况及湿陷起始压力等实际情况,综合降雨入渗和浸水入渗数值模拟与现场试验的成果,系统地提出黄土路基湿陷性评价的原则和方法。在此基础上利用非饱和土力学理论与有效应力原理,根据水分入渗活塞流模型,建立了适合工程应用的湿陷性评价模型。同时建立了黄土路基的浸水入渗增湿模型和降雨入渗增湿模型,从理论上研究了割线模量法在黄土路基增湿变形计算中的应用。
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U416.169

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