基于路面覆盖效应的强蒸发地区路基湿度预估和强度衰变机理研究

Xinjiang is located in the arid and semi-arid climate zones, and there is a strong water vapor evaporation in highway subgrade. Because of the influence of the pavement blanketing effect, Free water evaporation was prevented，which makes moisture accumulation in the t interior of subgrade，leading to the subgrade structure strength decay, causing frequent subgrade diseases, serious affecting the performance and durability of highway. Puting subgrade engineering in the Xinjiang as research background，the subject research characteristic water vapor evaporation in highway subgrade and characteristics of humidity distribution under the pavement blanketing effect through the field investigation, indoor test and theoretical analysis and numerical simulation methods, analyse the matrix suction of soil affected by the climate and dry-wet circulation，establish water temperature coupling equation of subgrade moisture migration based on strong evaporation conditions，analyse range of influence subgrade humidity and establish subgrade humidity prediction model based on the pavement blanketing effect.On this basis, the subject should master the sensitivity of subgrade strength in wetting effect and dry-wet circulation by unsaturated soil triaxial test, the dynamic modulus of resilience test，analyse mechanism and process of subgrade structure strength decay, establish prediction model of subgrade strength decay, thus research results can provide accurate data for road design in strong evaporation area to reduce roadbed diseases affect and improve subgrade performance.

新疆地处干旱半干旱气候区，公路路基中存在着强烈的水汽蒸发。由于路面覆盖效应的影响，阻止了水分的自由蒸发，使得路基内部水分积聚，进而导致路基强度衰变，引起路基病害频发，严重影响到道路的使用性能和耐久性。本课题拟以新疆地区受强水汽蒸发和大昼夜温差气候影响的路基工程为研究背景，通过现场调研、室内试验、理论分析和数值模拟等手段，研究路基土水汽迁移特性和路面覆盖效应下的湿度分布特性。同时分析气候环境和干湿循环对土体基质吸力的影响，建立强蒸发条件下路基水汽迁移的水温耦合方程；分析路面覆盖效应对路基湿度影响的范围，并建立路面覆盖效应下的路基湿度预估模型。在此基础上，采用非饱和土三轴试验、动回弹模量试验，把握路基强度对湿化作用和干湿循环的敏感度，分析路基结构强度衰变机理及其过程，建立路基强度衰变的预估模型，从而为强蒸发地区道路设计提供准确的数据支撑，达到降低路基病害影响提升路基工作性能。

在强蒸发地区由于气候条件和地下水分布的特殊性，再加之强蒸发地区路面覆盖效应显著，致使路基内部水汽迁移和水温的时空分布存在显著的不同；受复杂环境影响，路基结构强度出现不断地衰变。众所周知，道路结构的耐久性很大程度上受路基性能和湿度分布特性的影响。因此本项目针对强蒸发地区受路面覆盖效应影响的路基内部水汽迁移特性、水温分布的时空特性以及路基结构性能衰变特性和机理，通过现场调研、室内试验、理论分析和数学演绎等手段展开了全面、深入和细致的研究。理论推演了路基土受温度梯度和湿度梯度影响的水汽迁移特性和路面覆盖效应下的温度和湿度分布的时空特性；通过现场试验和温湿度监测，得到路基内温度、湿度分布的时空特性及湿度迁移规律；通过水汽迁移理论的推演，提出表征水汽迁移特性的控制方程；通过滤纸法测取路基土基质吸的试验，得到路基土的基质吸力数据，结合土-水特征曲线基于Fredlund Xing完成相关参数求解，构建了基于基质吸力的路基湿度预估模型。在此基础上，采用非饱和土三轴试验、直剪试验分析了粉质粘土的剪切强度参数，通过正交试验分析明确了影响因素的敏感程度；通过冻融循环的强度试验分析，衰减幅度在25%~50%，且在冻融循环8次后强度趋于稳定；借助室内重复加载三轴试验，研究了在16种应力路径、3个压实度和4个含水量状态下黄土动回弹特性，全面评价和分析黄土动态回弹模量特性；并针对不同湿度条件下黄土回弹模量对不同应力条件依赖性不同，提出了以Ni模型为基础的分阶段动态回弹模量预估模型。通过对不同冻融循环和湿度条件下黄土试样电镜扫描，从微观结构的角度分析了基于孔隙结构变化的强度损伤机理分析。研究结果内容涵盖了强蒸发地区受路面覆盖效应影响的路基水汽迁移特性、湿度预估、强度损伤特性及性能预估，从而全面评价和分析了路面覆盖效应影响下的路基工作性能与状态，从而为强蒸发地区道路设计提供准确的数据支撑，达到降低路基病害影响提升路基工作性能。