平衡湿度状态下高地下水位粘土路基永久变形特性与预估模型的研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
50908176
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
钱劲松
依托单位：
同济大学
学科分类：
E0809.道路与轨道工程
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
凌建明；黄琴龙；邱欣；李聪；方鹤；张昌尧；
关键词：
非饱和粘土永久变形平衡湿度路基预估模型

项目摘要

路基永久变形是湿度和应力耦合场的长期累积效应。高地下水位地区，粘土路基发生湿化、在行车荷载反复作用下产生过量永久变形的现象尤为突出。项目拟将非饱和土湿度预估理论应用于传统的永久变形经验拟合预估模型中，提出以路基相对高度为核心的力学-经验模型，为变形预估提供新的视角和途径。具体为：选择对近饱和粘土具有良好适应性的土-水特征曲线，通过现场湿度空间分布测试结果的验证，建立以路基相对高度为变量的平衡湿度预估模型；以此表征路基长期工作状态，作为室内重复动三轴试验的基本控制条件，重点研究不同含水量条件下的永久变形特性，甄选和改进永久应变预估模型，标定模型参数；进而以含水量（饱和度）为纽带，集成提出以相对高度、应力水平和荷载作用次数为变量的粘土路基永久应变预估模型，用以分析路基相对高度对永久变形的影响。成果可为高地下水位地区路基最小合理相对高度的确定提供参考，也是公路全寿命设计理论与方法的有益补充。

结项摘要

路基永久变形是湿度和应力耦合场的长期累积效应。高地下水位地区，黏土路基发生湿化、在行车荷载反复作用下产生过量永久变形的现象尤为突出。项目通过预埋TDR湿度传感器和钻芯试验，于四条高速公路现场实测了潮湿多雨地区路基平衡湿度的分布特征及其影响因素，表明地下水位导致的毛细作用是路基湿化的主因，平衡含水率较最佳含水率提升5%左右，而降雨入渗和大气蒸发可导致路基湿度的进一步提升以及在一定范围内的波动。鉴于路基运营过程中湿度状态的实际变化路径为最佳含水率提升至较高的平衡含水率，故项目以浸湿曲线替代传统的干燥曲线进行黏土路基湿度预估，通过路基土湿化设计和滤纸法测试基质吸力，发现在高含水率和低基质吸力范围内、以重量含水率表征SWCC时，采用简化的半对数线性模型进行浸湿曲线拟合是方便而且可行的，压实度显著影响浸湿曲线特征，由90%提高至96%后，储水系数下降1/4左右，塑性指数与浸湿曲线参数呈单调增减关系，故选取塑性指数和压实度为预估参数，建立了基于物性参数的土水曲线模型，提升了路基湿度的精确预估，也是非饱和土力学理论实用化的尝试。进一步，针对既有永久应变模型或针对饱和土、或针对最佳含水率状态路基土的现状，开展了高含水率状态下压实路基土的室内重复动三轴试验，揭示了路基土物性参数、压实状态以及含水率水平对永久应变的影响，从而提出了压实路基土永久应变宽域计算模型及其参数取值方法。最终，应用所建立的永久应变计算模型，考虑交通荷载横向作用分布的不均匀性，以及荷载应力深度传递衰减的非线性，建立了永久变形的分条分层总和法，描绘了不同湿度状态时路基永久变形的分布形态。依托项目研究，已发表学术论文7篇，获批和申请专利各1项，培养研究生3人，参加国际学术交流3次。