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红粘土路基水分运移规律试验研究

作　者: 吴胜军
导　师: 王桂尧
学　校: 长沙理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 红粘土路基水分运移仪器研制
分类号: U412.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

红粘土是一种广泛存在于岩溶地区的一种高液限土,是石灰岩风化的产物,在我省湘南地区分布广泛。湖南在建的郴(州)-宁(远)高速公路沿线就有大量红粘土分布,由于红粘土特殊的工程性质,采用未做处理的红粘土填筑路基,通常存在天然含水率高、水稳定性差、压实度低、路基表面易于开裂等问题。废弃这种高液限红粘土换填其它好的路基填料需要新征弃土场与取土场,从而占用土地资源和影响自然环境,因此必须充分利用这种高液限红粘土填筑路基,同时又要研究这种路基由于含水量变化产生病害的机理,以便有针对性的采取工程措施避免这种病害的发生。由于红粘土具有十分显著的干缩开裂特性,因此路基表面易于出现大量的裂缝,裂缝的存在形成了水份入侵与蒸发的良好通道,使水分运移速度加快,导致路基含水量随气候的变化而循环变化,并相应的影响红粘土路基的物理力学性质,为路基病害的产生埋下隐患。因此对红粘土路基水病害形成机理开展研究,对避免红粘土路基的病害形成具有重要作用。本文通过对红粘土地区路面开裂状况的调查,在施工现场典型地段进行了相关的选点、现场试验、取土、红粘土开裂土样模型制作等工作;在室内开展了红粘土物理力学试验、红粘土路基裂缝开展规律试验、红粘土路基渗透特性试验、红粘土路基水份运移规律试验;针对现有仪器、手段的不足,研制及开发出适用于测定不同情况下土体渗透性能的仪器及装置:原位精控渗透仪(现场测定渗透系数)、有压渗透仪(室内测定荷载条件下砂性土饱和渗透系数)、变水头压力渗透仪(室内测定荷载条件下粘性土饱和渗透系数)、非饱和土水分运移规律试验测定装置;采用Geo-Studio系列软件对郴(州)-宁(远)高速公路某典型断面建立实体模型,对降雨条件下,红粘土路基水分运移规律进行了数值模拟研究。从而为高速公路红粘土路基病害的处治技术提供有益的参考。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 问题的提出  11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 红粘土物理力学特性研究现状  11-12
    1.2.2 土体裂缝开裂试验研究现状  12-13
    1.2.3 红粘土渗透特性研究现状  13-14
    1.2.4 非饱和土渗流理论研究现状  14-16
  1.3 本文研究的主要目的与意义  16-18
  1.4 主要工作及研究思路  18-20
第二章水分运移引起的路基病害现场调查及室内外试验研究  20-34
  2.1 水分运移引起路基病害的工程地质现场调查  20-22
    2.1.1 调查结果分析  22
  2.2 红粘土路基裂缝开展规律现场调查及现场渗透试验  22-26
    2.2.1 红粘土路基裂缝开展规律现场调查  22-24
    2.2.2 现场渗透试验  24-26
  2.3 原位精控渗透仪的研制及应用  26-29
    2.3.1 操作步骤  27-29
  2.4 红粘土基本特性的室内试验  29-32
    2.4.1 选点取样及编号  29
    2.4.2 颗粒分析试验  29-30
    2.4.3 液塑限、比重、最优含水率、最大干密度的测定  30
    2.4.4 直剪试验  30-31
    2.4.5 土水特征曲线（SWCC）试验  31-32
  2.5 小结  32-34
第三章红粘土路基裂缝开展规律室内试验研究  34-44
  3.1 土样模型的现场制作  34-35
  3.2 试验步骤  35-36
    3.2.1 模型观察  35
    3.2.2 试验准备  35
    3.2.3 试验记录  35-36
    3.2.4 试验控制  36
    3.2.5 试验分析  36
  3.3 试验结果  36-42
  3.4 小结  42-44
第四章荷载作用下土体渗透系数量测仪器的研制及应用  44-69
  4.1 有压渗透仪的研制及应用  45-55
    4.1.1 研制思路  45-47
    4.1.2 试验装置  47-49
    4.1.3 操作步骤  49-50
    4.1.4 有压渗透仪的应用  50-55
  4.2 变水头压力渗透仪的研制及应用  55-67
    4.2.1 研制思路  55-56
    4.2.2 功能与优点  56
    4.2.3 试验装置  56-57
    4.2.4 操作步骤  57-60
    4.2.5 变水头压力渗透仪的应用  60-67
  4.3 小结  67-69
    4.3.1 有压渗透仪小结  67-68
    4.3.2 变水头压力渗透仪小结  68-69
第五章降雨条件下路基土水分运移规律试验研究  69-86
  5.1 概述  69
  5.2 一维入渗简化数学公式、模型  69-72
    5.2.1 经验公式  70-71
    5.2.2 Green-Ampt 模型  71-72
  5.3 土壤水分入渗线性化方程的近似解  72-74
  5.4 降雨条件下一维水分再分布试验  74-85
    5.4.1 非饱和土水分运移规律试验测定装置的研发  75
    5.4.2 试验方案  75-78
    5.4.3 试验步骤  78-85
  5.5 小结  85-86
第六章填方路基水分运移规律数值模拟研究  86-94
  6.1 SEEP/W 模块软件介绍  86-88
    6.1.1 SEEP/W 的特点  86
    6.1.2 SEEP/W 的有限元分析  86-88
  6.2 填方路基水分运移规律数值模拟研究  88-93
    6.2.1 工程概况  88-89
    6.2.2 有限元模型的建立  89
    6.2.3 填料参数  89
    6.2.4 初始及边界条件  89-92
    6.2.5 结论  92-93
  6.3 小结  93-94
第七章结论  94-98
  7.1 结论  94-96
  7.2 有待进一步探讨的问题  96-98
参考文献  98-102
致谢  102-103
附录 A（攻读学位期间发表论文及专利目录）  103-104
附录 B（攻读学位期间参与课题目录）  104

红粘土路基水分运移规律试验研究

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