电渗作用下非饱和路基土水分迁移规律研究.pdf

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1、硕士学位论文电渗作用下非饱和路基土水分迁移规律研究STUDYONTHELAWOFMOISTUREMIGRATIONINUNSATURATEDSUBGRADESOILUNDERELECTROOSMOSIS唐康为哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：U416.217学校代码：10213国际图书分类号：625密级：公开工学硕士学位论文电渗作用下非饱和路基土水分迁移规律研究硕士研究生：唐康为导师：张锋申请学位：工学硕士学科：交通运输工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:U416.217U.D.C:625DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHELAWOFMOISTUREMIGRATIONINUNSATURATEDSUBGRADESOILUNDERELECTROOSMOSISCandidate：KangweiTangSupervisor：Lecturer.FengZhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringS

3、peciality：TrafficandTransportationEngineeringAffiliation：SchoolofTransportationscienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要路基的干湿程度对路基的使用性能及寿命有着深刻的影响。季节性冻土区的公路路基在周期性的冻融循环作用下会发生水分重分布形成滞水层，滞水层的存在

4、会引发路基冻胀与融沉病害，严重降低路基的强度；电渗常用于高含水率、低渗透性软土的排水固结，其原理是在土体中施加直流电场驱动孔隙水从阴极流出。由于土体电渗透系数较大，因此在较低的电势梯度驱动下就能形成较大的孔隙水流。本文旨在将电渗排水应用于季冻区路基排水中，故需要探究电渗排水在干密度较大、含水率较低的非饱和土中的可行性及排水特征。本文以东北季冻区路基填筑常用的粉质黏土为研究对象，采用自主研发的非饱和电渗试验系统进行室内单元试验，研究非饱和土电渗排水过程中含水率、电势、电阻率的变化规律及影响因素；基于单元

5、试验，参考非饱和土水力渗透系数与含水率的关系找到了非饱和土电渗透系数与含水率的关系，进而建立了非饱和土电渗排水渗流方程，实现了非饱和土电渗排水过程的数值再现。论文的主要研究内容和成果如下：研发了非饱和土电渗排水试验系统。设计了高压实度、低含水率的非饱和土一维电渗排水试验系统，包括试件成型装置、饱和装置、电渗装置、湿度采集装置、电压采集装置、电流采集装置，实现了实时采集记录单元体内部体积含水量和电势的分布情况。进行了非饱和土电渗排水单元试验，研究了非饱和电渗排水过程中含水率、电压、电流、电阻率的变化规律

6、，分析了电压、干密度、电极材料对非饱和土电渗排水的影响。建立了电场—非饱和水分场耦合模型，分析了电渗作用下非饱和土水分迁移规律。基于非饱和土的理查德渗流方程及电渗理论中电渗透速率与水力渗透速率的线性叠加特征，考虑非饱和土体电渗透系数、水力渗透系数、电导率的非线性变化，建立了非饱和土电场-水分场耦合模型，并与试验结果对比论证了模型的合理性和有效性。利用电场—非饱和水分场耦合模型进一步分析了不同参数对模型计算结果的影响。采用控制变量法依次变换模型中的土体饱和水力渗透系数与饱和电渗透系数、VG模型孔径系数和

7、进气状态系数、非饱和电渗透系数模型参数、电导率参数及有效工作电压模型，通过比较不同参数下土体各层位体积含水率变化规律、水分时空分布、排水量发展规律，分析了各参数对此耦合模型的影响，为进一步探究非饱和土电渗排水设计方法奠定了理论基础。I摘要关键词：电渗；饱和—非饱和；水分迁移；粉质黏土；电—水耦合模型IIABSTRACTABSTRACTThemoistureconditionofthesubgradehasaprofoundinfluenceontheserviceperformanceandlifeo

8、fthesubgrade.Undertheperiodicfreezingandthawingcycle,thewaterredistributionwilloccurintheroadsubgradeoftheseasonalfrozensoilareaandformthestagnantwaterlayer.TheexistenceofthestagnantlayerwillcausetheSubgradeFrostHeaveandthethawin