降雨作用下非饱和土路基水分迁移研究

魏文先

（灵台县交通运输局，甘肃 灵台 744400）

降雨作用下非饱和土路基水分迁移研究

魏文先

（灵台县交通运输局，甘肃 灵台 744400）

渗流水是公路路基破坏的原因之一，本文以降雨作用下，路基非饱和土中水分迁移研究，分析渗流场变化以及孔压变化。

渗流水；非饱和土路基；水分迁移

0 引言

随着时间延伸，外界各种因素相互作用改变了路基的初始环。微小裂缝有较大的运水能力，能够较大程度上改变局部路基土的含水量；暴露于大气中的路基直接受到降雨渗透及冲刷作用，以致降低路基土的工程性质，使之遭到破坏和降低公路运输能力。公路路基的特殊性主要表现在路基土的非饱和性，尤其是高填土路基为碾压密实的粘性土，属于非饱和土的范畴。降雨入渗渗流一方面包括路堤两侧因水位差而引起的渗流，另一方面还应包括强降雨引起的渗流。

1 入渗理论及降雨模型

迁移理论是降雨入渗的基本理论。

首先考虑一个上部边界为地表面，下部边界低于地下水位的垂直一维系统，

其饱和-非饱和系统的地下水运动方程为：

根据达西定律，t时刻其上部边界垂直向下的最大入渗能力为：

连续降雨模型

根据Philip对Richard方程的改进，在未铺路面和未对路边进行包边处理的渗流水速率如下式表示，

式中，t为连续降雨时间；S(wi)为土壤吸水率，由下式表示，

ψS为非饱和土进气压；χ为常数，与非饱和土渗透系数有关，长时间连续降雨可设为1.0；ξ，为与土质有关的相关参数。

2 降雨渗流数值模拟

为了说明降雨作用下路基土中的渗流场和含水量的变化，采用数值模拟给予说明，并作如下假定：不考虑水汽蒸发及其它雨水流失；路基土均质且各向同性，土的孔隙率为定值，各向渗透系数相等，且不随含水量的变化而变化，

在整个过程为定值；降雨模型为连续降雨型（PDEM），分别为轻降雨作用和强降雨作用，即分别为选取一半路基进行模拟，路拱坡度为2%。根据排水规范，设降雨量为 二十四小时内降雨量445mm,平均每秒降雨5.15×10-6m，计算典型填方路段路基渗流变化情况。

填方路段中央分隔带及路缘带共350m，行车道15m，横坡2%，边坡坡率1:1.5建模如下图：

图1 降雨12小时，渗流场和孔隙压力

图2 降雨24小时，渗流场和孔隙压力

3 结语

随着降雨时间增加，零水位线上升，渗流场逐步加大，降雨入渗路基，路面排水通畅，路基非饱和土含水量越小，土体基质吸力越大，抗剪强度越大。降雨过程中，路基非饱和土，路基上部孔隙压力始终为负。

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

［2］党进谦,李靖.含水量对非饱和黄土强度的影响[J].西北农业大学学报,1996,24(1):56-60.

［3］刘思春,张一平,朱建楚,等.温度对非饱和土壤水分运动的影响[J].西北农业大学学报,2000,28(4):28-33.

魏文先（1972—），女，甘肃灵台人，工程师。

杨玉洁］