基于路面覆盖效应的强蒸发地区路基湿度预估研究

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路基作为道路的支撑结构,其强度尤为重要,而湿度是影响路基强度的重要因素。本文采用现场调研及测试、室内试验、理论分析以及数值模拟等研究方法,根据试验点的全年监测数据,总结分析路基湿度的变化规律及其影响因素,建立路基湿度预估模型。主要研究工作及结论如下:  (1)通过国内外文献资料及新疆地区公路路基湿度现场调研,总结出干旱半干旱地区公路路基湿度的主要影响因素:地下水位与气候。即毛细水作用与温度对路基湿度的影响。并引入气候因素指标TMI(湿度指数)。  (2)根据乌鲁木齐米东区S111K31+700、吐鲁番托克逊县S301K39+800、巴州和静县S206K2+900三个试验点路基全年的湿度及温度监测数据,分析了路基深度与含水率、路基深度与温度、时间与含水率、时间与温度之间的关系,回归出路基含水率随季节变化的θω~t关系式。数据表明:路基温度场的分布受季节变化和路基深度的影响,其波动幅度随路基深度增大而减小;路基温度场受大气温度的影响深度为110cm左右;路基含水量受季节交替的影响,1月最低,至9月达到最高,分析认为1月至9月平均温度逐渐升高,冰雪融水及雨水给路基水分提供了水源补给,使路基含水量增大。  (3)通过室内毛细水上升高度试验,得到毛细水最大上升高度值,分析了毛细水作用对路基湿度的影响状况。根据数据回归分析建立毛细水上升高度与时间h~t关系式。试验结果表明:试验点土样毛细水最大上升高度约140cm,并随压实度增大明显降低;不同压实度条件下,随着时间的增长毛细水上升速率均呈先快后慢,逐渐下降的状态,甚至逐渐趋于零。  (4)滤纸法测取试验点路基土的基质吸力,滤纸采用国内新华造纸厂的“双圈”牌滤纸,制备压实度80%,含水率为3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%的土样,根据率定曲线得出含水率与基质吸力的对应关系。采用基质吸力指标结合土-水特征曲线(SWCC)进行路基湿度预估,选用Fredlund Xing模型,根据室内试验数据采用MATLAB软件回归出模型中的参数值,建立湿度预估模型,并将预测值与实测值作对比分析,误差均在2%以内。  本文研究成果对于改进我国干旱半干旱地区路基路面结构设计,具有一定参考价值和较为重要的意义。
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