非饱和土路基水分迁移规律及其对道路变形的影响

公路运营期间环境的变化会引起路基土水分迁移，性状改变。鉴于蒸发、降雨及毛细等作用受气候影响显著，拟采用江西地区典型粘土，按规范要求在室外建立实际路基模型，考虑路面完好及路面破损两种工况，通过对不同位置、不同深度处土壤含水量及基质吸力1年时间的监测，分析路基土水分迁移规律。同时根据路基压实度要求，在最优含水量下制作室内试样，模拟水分迁移过程，改变试样的含水量，结合交通荷载作用下路基土的排水、排气条件，采用直剪、固结排水、常含水量及固结不排水等试验方法，分析水分迁移对非饱和土力学性状的影响，并选取合适的本构模型及参数，考虑路基土的横观各向同性，通过数值模拟分析交通荷载作用下路基力学性状变化对道路变形的影响。课题研究将进一步提高我国非饱和土力学的研究水平，同时可为今后高速公路的养护提供理论支撑，具有一定的学术价值。

公路运营期间环境的变化会引起路基土水分迁移，导致路基性状的改变，进而影响路面的使用功能，造成路面水损。因此，有必要针对道路服役期间非饱和土路基水分迁移现象及其带来土体力学性状的变化展开试验研究。课题采用江西地区典型粘土，按规范要求在室外建立实际路基模型，考虑普通路基、底部受水浸泡及路面破损三种工况，通过对不同位置、不同深度处土壤含水率1年时间的监测，同时进行了重力作用及毛细作用下路基水分迁移的室内模型实验，全面分析了路基水分迁移规律。研究表明：毛细作用随着初始含水率的增大而降低，位于地下水位0.5m内土的毛细作用最为强烈，当非饱和土体中水分的重力势与吸力势相等时毛细作用结束，水分毛细上升高度受级配影响明显；水分在重力作用下入渗是颗粒间的自由水克服土粒吸力和阻力的过程，降雨入渗属非饱和土渗流，表层填土含水量实测均未达到饱和状态，路基防护完好时，0.5m以内浅层受大气降水影响显著，随季节变化含水率有较为明显的浮动，1.0m以下土壤含水率受天气影响较小，基本稳定于24.0%左右，比最优含水率19.7%高约4.3%；当路面破损时，2m以内的路基受天气影响显著，基床表层丧失承载力。水分的迁移导致土体力学性质发生明显变化，通过大量的非饱和土直剪试验、三轴试验、固结试验和土水特征曲线试验，结果表明：粗级配土体的性状受水分迁移的影响较小；对于同种土样，其性状的改变主要与含水率及应力路径有关，随着含水率的增大，土样的压缩系数增大，黏聚力减小，内摩擦角略有增大，抗剪强度总体降低。在相同基质吸力作用下改变围压，或在相同围压下改变基质吸力，土样要达到相同的应变，所施加的偏应力有所增加。在相同基质吸力作用下或在相同的围压下土样的抗剪强度随着土样含砂率的增大而增大。根据以上研究成果，采用数值模拟对某临河道路大面积纵向开裂现象进行了研究，分析其病害的产生机理，并提出了相应的整治措施。课题理论联系实际，成果将进一步提高我国非饱和土力学的研究水平，同时为高速公路养护管理部门处治水损病害提供理论支撑，具有一定的学术价值。