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摘 要

论文作者签名：＿＿＿＿＿导师签名：＿＿＿＿日期：＿＿＿＿

季节性浸水路面的防排水方案比选研究

21713206 陈明虹

指导教师 廖公云

摘要

在公路的设计中，排水设计是非常重要的一个环节。良好的公路排水系统，不仅能够延长公路的使用寿命，还能减少养护费用，带来巨大的经济效益。目前关于排水方案的研究都偏于宏观，相关理论大多不具有具体针对性。

本文针对季节性浸水路基间断性浸水、水位随时间变化等特点，结合具体工程实例，分析并提出了两种防排水方案。

采用Geo-Studio软件对采用不同排水方案的浸水路基，进行了渗流分析和边坡稳定性分析，得到了浸水路基浸润线随时间变化先上升后下降的渗流规律，验证了排水设施在改善路基湿度状况方面的显著作用；分析了浸水过程中安全系数随时间变化的规律，得出了最危险滑动面出现在第98天的结论；分析了路基高度等因素对路基边坡稳定性的影响，得出了路基高度、路基边坡坡度和积水水位均与路基边坡稳定性成负相关的结论，并选择路基高度为2米、边坡坡度为1:1.75的路基断面为边坡稳定较性高的优选断面。

通过渗流分析和边坡稳定性分析两方面的综合分析，提出排水层和隔水边坡相结合的防排水方案为季节性浸水路基的防排水设计优选方案。

关键词：公路排水；浸水路基；渗流；边坡稳定性

Design of Effective Subsurface Drainage for

Flexible Pavement

Minghong Chen

Supervised by Gongyun Liao

Abstract

During the design of the road, the drainage system design is a very important part. Efficient road drainage system, not only can extend the road’s service life, but also can reduce the cost of maintenance, which brings huge economic benefits. The researches about the design of drainage system are too general that the relevant theories may not suit the needs of an exact case.

In this paper, considering the characteristic of seasonal flooding, two kinds of waterproofing schemes are analyzed and put forward exactly for the seasonal flooding subgrade.

Combined with the concrete engineering examples, the seepage analysis and slope stability analysis of the submerged subgrade are carried out using Geo-Studio software. It is studied that as time goes on, the seepage line of the subgrade firstly goes up then goes down. Also, the significant improvement of the road’s drainage performance made by the drainage facilities is also proved. The problems such as the variation law of the minimum safety factor of the bank slope over time, and the related factors affecting the slope stability of the sub-water subgrade are also discussed. As time goes on, the safety factor first decreases then increases. It is analyzed that the most risky sliding surface appears on the 98th day. The increase of the height or the gradient of the embankment will lead to the decrease of the safety factor. The embankment which is 2 meters in height and 1:1.75 in gradient is considered as the better one.

This paper presents the optimal design of drainage for seasonal flooding subgrade by comparing the results of seepage analysis and slope stability analysis, it is proved that the design which combines the drainage layer with the water proof slope is the better choice.

Key words：road drainage; seepage; submerged subgrade; slope stability

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究概况 1

1.2.1 路基排水设施的研究 1

1.2.2 浸水路基渗流分析 2

1.2.3 浸水路基边坡稳定性分析 2

1.3 本文的研究内容与技术路线 3

1.3.1 本文的研究内容 3

1.3.2 本文的技术路线 3

第二章 季节性浸水路基初步 排水方案 5

2.1 工程现状 5

2.2 防排水方案的选择 5

2.3 模型的基本参数 6

2.3.1 模型的初始水位和边界条件 6

2.3.2 模型材料的参数 6

2.4 本章小结 7

第三章 季节性浸水路基方案渗流分析 8

3.1 基本理论和模型尺寸 8

3.1.1 模型材料参数和土—水特征曲线 8

3.1.2 压力水头与浸润线 9

3.1.3 模型尺寸 9

3.2 不设排水设施的路基 10

3.3 隔水边坡的设置 12

3.4 设置排水层的排水方案 13

3.5 设置渗沟的排水方案 16

3.5.1 渗沟设置在路基中部 16

3.5.2 渗沟设置在路基两侧 17

3.5.3 两种渗沟方案的比选 19

3.6 方案比选 21

3.7 本章小结 22

第四章 季节性浸水路基方案边坡稳定性分析 24

4.1 基本理论 24

4.2 影响边坡稳定性的因素 24

4.2.1 安全系数随时间的变化规律 24

4.2.2 路基边坡坡度对路基边坡稳定性的影响 26

4.2.3 水位高度对路基边坡稳定性的影响 27

4.2.4 路基高度对路基边坡稳定性的影响 28

4.2.5 优选路基断面形式 29

4.3 不利浸水路基条件下排水方案的稳定性分析 29

4.3.1 设置排水层的排水路基 29

4.3.2 隔水边坡的设置对路基边坡稳定性的影响 29

4.3.3 设置渗沟的路基 30

4.4 优选浸水路基条件下排水方案的稳定性分析 31

4.4.1 分析模型 31

4.5 本章小结 33

第五章 结论与展望 34

5.1 主要结论 34

5.2 展望 34

致 谢 36

参考文献 37

绪论

研究背景

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国的公路建设已经进入了一个快速发展的新时期。统计数据表明，截至2016年底，我国高速公路建设总里程数已经达到了13万公里。随着公路建设总里程数的不断提高，我国公路设计的相关理论和规范也在不断的充实和完善。而随着时代的进步和技术水平的不断发展，越来越多的设计者和研究人员将研究重点从道路的设计和施工转变到了后期的养护上。随着全寿命公路[1]概念的逐渐普及，道路的使用寿命和养护等问题受到了越来越多的关注。而排水设计则是与道路的使用寿命密切相关的一项设计内容。目前，关于浸水路基的研究有很多，但关于具体排水方案的优化选择，相关研究还比较少。特别是对于季节性浸水路基，针对其阶段性浸水以及水位随时间逐渐变化的特点，对于其排水方案的系统的研究和探讨还非常有限。而季节性浸水路基由于其季节性降雨的气候特点十分典型，对于其排水方案的研究是具有十分重要的实践意义的。排水方案的优化选择，不仅能够增强路基路面结构的稳定性、延长其使用寿命，还能节约养护费用，带来巨大的经济效益。本文正是基于这种背景，展开对季节性浸水路基的防排水方案的系统研究的。

国内外研究概况

路基排水设施的研究

目前，国内外关于公路路基排水设计已经有了丰富的实践经验，各国在多年来的实践和研究中都总结出了相当完备的相关规范和要求。我国公路排水设计规范[2]将公路路基排水系统分为地面排水和地下排水两大类。其中，地面排水设施主要有边沟、排水沟等，地下排水设施则有渗沟、渗井等，这些排水设施都具有不同的适用条件和性能特点，在设计时需要设计人员结合具体情况进行组合设计，同时还要尽量考虑到节约成本、因地制宜、与农田水利相结合、保护自然环境等要求。此外，也有新的排水方案也被提出并应用到了路基排水设计之中。黄中文[3]等人研究了复合碎石排水层在路基排水系统中的应用，并提出了碎石材料层和土工布结合构成排水层的路基模型，如图1.1所示。该研究论证了碎石排水层在降低路基湿度方面的作用，验证了排水方案的可行性，但对于路基的渗流规律和浸水情况下的边坡稳定性并没有做具体的研究和探讨。胡云峰[4]等人则总结分析了碎石排水层在高速公路改扩建方面的应用，分析证明了碎石排水层在阻断毛细水上升方面的重要作用，并推荐将排水层设置在天然地表土以上的位置，但其理论也缺乏实际分析结果的支撑。

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