基于远程采集系统的季冻区路基湿度场分析.pdf

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1、道路与交通工程器Road&TrafficEngineering基于远程采集系统的季冻区路基湿度场分析王蒙，许庚(济南城建集团有限公司，山东济南250000)摘要：为了研究季冻区路基湿度变化规律，自主开发了路基温度和湿度远程自动采集系统，并选取了2条道路的3个断面布设湿度传感器，再利用远程路基温湿度采集系统连续监测路基湿度变化情况，然后在冻融前后用人工钻孔法采取土样，测定路基土的含水率。测定结果显示：在冻融循环过程中填筑材料和位置相同时路基填土高的土体含水率小；路面积雪融化后的渗透会使路基含水率增大。关键词：道路；路基

2、；季冻区；湿度场分析中图分类号：U416．168文献标志码：B文章编号：1009—7767(2016)06—0037—04AnalysisofRoadbedHumidityFiledinSeasonalFrozenAreaBasedonRemoteCollectionSystemWangMeng，XuGeng在季节性冰冻地区。湿度变化决定着路基结构的强度和稳定性⋯。季节性冻土在我国广泛存在，土体的冻融循环是一个随着土体内部水分迁移的过程[2】，而我国北方公路路基产生冻害的主要原因就是季节性冻土的冻胀【3]。冬季，气温

3、下降，路基土体的温度降低到零度以下，土体内部水分发生冻结，导致路基结构体积膨胀，路基土体不均匀冻胀引起下部结构变形开裂。从而导致路面结构开裂；到了春季，随着气温的升高，冻结后的路基土体从上层开始融化，但冻土层的下部尚未融化，水分无法下渗。使上部结构含水量增大．导致结构强度降低，使上部结构发生裂缝、沉陷变形及道路翻浆等现象[41。因此，对季冻区路基湿度场进行不问断的监测并得到其变化规律．对防治路基病害具有一定指导作用，也为季冻区公路路基稳定性评价提供依据。但是，目前国内对季节性冻土研究相对较少。而季冻区路基湿度变化同样

4、对路基强度和稳定性有重要影响。因此笔者选取哈尔滨周边哈绥高速和哈大二级路某段的3个典型断面进行湿度场的监测和结果分析。1季冻区远程采集系统基本原理和湿度场布置方案1．1采集系统的基本原理季冻区路基温湿度远程采集系统以核心控制器为中心．外接大功率硅能抗低温蓄电池、温度采集单元、湿度采集单元、GPRS通信模块。其基本原理为：蓄电池提供系统工作电源，核心控制器通过温度和湿度采集单元实现数据的采集和格式转换，然后通过GPRS通信模块利用因特网将数据传输至用户端，用户利用数据接收软件接收因特网数据信号，将数据按要求进行显示或存

5、储。系统整体构成见图1。电源卜叫一做块了I温度采集单元卜核心控制器l湿度采集单元k图1采集系统整体构成图1．2湿度场的布置方案在哈绥高速选择2个典型的填方路段进行湿度场的布设。同时在哈大二级路某段选取1个填方断面进行湿度场布设。测试路段均位于黑龙江省哈尔滨市松北区。哈尔滨属中温带大陆性季风气候，冬长夏短，全年平均降水量569．1mm，降水主要集中在6～9月，夏季降水量占全年降水量的60％；四季分明，冬季1月平均气温约为一19℃，夏季7月的平均气温约为23℃。观测路段位于哈尔滨市哈绥高速K446、K510处和哈大二级路

6、K550处。哈绥高速路基宽度为24．5m，哈大2016卑$6期(11一)第34巷啼荭投术37韶道路与交通工程Road&TrafficEngineedng二级路路基宽度为12m。哈绥高速K446处路基填高为1．5m、K510处路基填高为2．5m：哈大二级路K550处路基填高为1．5m。通过查阅资料可知，所选试验段的冻结线深度为2m。因所选试验段均为填方路基，笔者假设地下水位均位于冻结线以下超过2m。所以对地下水位的影响不予研究。在道路中央分隔带中间、两侧的土路肩以下钻孔．每个孔布置3个TDR一3型湿度传感器(第1个传感

7、器距离顶面150cm)，3个传感器间距为50cm。温度传感器布置见图2，其中哈大二级路无中央分隔带。趣壤／／中央分隔带孔l孔2孔3矿湿燃器訇2湿度传感器布置图((㈨)＼＼老瘦＼2湿度数据分析试验通过2个方面的数据来源对测试断面路基土的含水率变化情况进行分析，即：1)通过远程湿度采集系统传输回来的数据，分析含水率变化，再利用湿度采集系统获得冻融期内路基不同深度的含水率，进而研究路基土含水率随时间变化的规律；2)通过手工钻土的方法对路基冻融循环前后的含水率变化进行分析。2．1远程湿度采集系统数据分析整理远程采集系统发回的

8、湿度数据，得到3个测试断面含水率随时间变化曲线。见图3～5。图3哈绥高速K446断面左路肩含水率随时间变化曲线由于试验所选取的湿度传感器在土体冻结后不再工作。所以对土体完全冻结期内的曲线用虚线代替，该虚线不具备代表性只是起到连接作用(对于虚线段内坐标值的变换完全基于推测)。通过分析图3～5可38辛荭投木2016No．6(Nov．)V01．34訇