降雨作用下非飽和土路基水分遷移研究

魏文先

（靈臺(tái)縣交通運(yùn)輸局，甘肅 靈臺(tái) 744400）

降雨作用下非飽和土路基水分遷移研究

魏文先

（靈臺(tái)縣交通運(yùn)輸局，甘肅 靈臺(tái) 744400）

滲流水是公路路基破壞的原因之一，本文以降雨作用下，路基非飽和土中水分遷移研究，分析滲流場變化以及孔壓變化。

滲流水；非飽和土路基；水分遷移

0 引言

隨著時(shí)間延伸，外界各種因素相互作用改變了路基的初始環(huán)。微小裂縫有較大的運(yùn)水能力，能夠較大程度上改變局部路基土的含水量；暴露于大氣中的路基直接受到降雨滲透及沖刷作用，以致降低路基土的工程性質(zhì)，使之遭到破壞和降低公路運(yùn)輸能力。公路路基的特殊性主要表現(xiàn)在路基土的非飽和性，尤其是高填土路基為碾壓密實(shí)的粘性土，屬于非飽和土的范疇。降雨入滲滲流一方面包括路堤兩側(cè)因水位差而引起的滲流，另一方面還應(yīng)包括強(qiáng)降雨引起的滲流。

1 入滲理論及降雨模型

遷移理論是降雨入滲的基本理論。

首先考慮一個(gè)上部邊界為地表面，下部邊界低于地下水位的垂直一維系統(tǒng)，

其飽和-非飽和系統(tǒng)的地下水運(yùn)動(dòng)方程為：

根據(jù)達(dá)西定律，t時(shí)刻其上部邊界垂直向下的最大入滲能力為：

連續(xù)降雨模型

根據(jù)Philip對(duì)Richard方程的改進(jìn)，在未鋪路面和未對(duì)路邊進(jìn)行包邊處理的滲流水速率如下式表示，

式中，t為連續(xù)降雨時(shí)間；S(wi)為土壤吸水率，由下式表示，

ψS為非飽和土進(jìn)氣壓；χ為常數(shù)，與非飽和土滲透系數(shù)有關(guān)，長時(shí)間連續(xù)降雨可設(shè)為1.0；ξ，為與土質(zhì)有關(guān)的相關(guān)參數(shù)。

2 降雨滲流數(shù)值模擬

為了說明降雨作用下路基土中的滲流場和含水量的變化，采用數(shù)值模擬給予說明，并作如下假定：不考慮水汽蒸發(fā)及其它雨水流失；路基土均質(zhì)且各向同性，土的孔隙率為定值，各向滲透系數(shù)相等，且不隨含水量的變化而變化，

在整個(gè)過程為定值；降雨模型為連續(xù)降雨型（PDEM），分別為輕降雨作用和強(qiáng)降雨作用，即分別為選取一半路基進(jìn)行模擬，路拱坡度為2%。根據(jù)排水規(guī)范，設(shè)降雨量為 二十四小時(shí)內(nèi)降雨量445mm,平均每秒降雨5.15×10-6m，計(jì)算典型填方路段路基滲流變化情況。

填方路段中央分隔帶及路緣帶共350m，行車道15m，橫坡2%，邊坡坡率1:1.5建模如下圖：

圖1 降雨12小時(shí)，滲流場和孔隙壓力

圖2 降雨24小時(shí)，滲流場和孔隙壓力

3 結(jié)語

隨著降雨時(shí)間增加，零水位線上升，滲流場逐步加大，降雨入滲路基，路面排水通暢，路基非飽和土含水量越小，土體基質(zhì)吸力越大，抗剪強(qiáng)度越大。降雨過程中，路基非飽和土，路基上部孔隙壓力始終為負(fù)。

［1］Philip.J.R.The Theory of Infiltration of Sorptivity and algebraic infiltration equations[J].Soil Sci.,1957,84:257-264.

［2］黨進(jìn)謙,李靖.含水量對(duì)非飽和黃土強(qiáng)度的影響[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996,24(1):56-60.

［3］劉思春,張一平,朱建楚,等.溫度對(duì)非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)的影響[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,28(4):28-33.

魏文先（1972—），女，甘肅靈臺(tái)人，工程師。

楊玉潔］