路面结构层非饱和渗流参数敏感性分析

邬传炎 刘 明

水是危害公路的主要自然因素。完善的公路排水系统对确保路基路面良好的使用性能、延长道路使用寿命和节省道路养护费用等方面起着关键的作用[2,3]。赵江[4]采用SEEP/W软件对19种不同的路基防排水方案在4种不同降雨强度以及不同历时条件下的渗流场分布规律进行了计算和比较分析。结论指出当降雨强度比较小时,路基的压力水头是随着降雨强度的增大而增大,在路肩和路面结构层下均为相同的强透水填料的情况下,路面结构层的横向渗流要比路面结构层渗入路床的竖向渗流量大很多。本文基于非饱和土的渗流理论,采用有限元软件对不同降雨强度、不同降雨历时路面结构层进行渗流模拟,为路面结构内部排水及隔水措施的设计提供理论依据。

1 路面结构层渗流模型

Fredlund[5]等采用两个独立应力状态变量进行非饱和土的理论应力分析。这两个独立应力状态变量是净法向应力(σ-μw)和基质吸力(μa-μw)。其中,σ为土体单元法向应力;μa为孔隙气压力;μw为孔隙水压力。饱和土是非饱和土的一种特殊情形,即(μa-μw)=0,因此只有一个应力状态变量(σ-μw)。通常在工程应用中假定孔隙气压力与大气压强相等,于是μa=0,因此非饱和区的压力势就是负孔隙水压力(-μw),即基质吸力就用负孔隙水压力来衡量。

其中,y为距离地下水位的距离,水位以上为负,水位以下为正;γw为水的重度。对于非饱和渗流,土的渗透系数不是一个常数,而是一个与饱和度和含水量相关的变量,记做k(θ),其中,θ为体积含水量。……