2004排水性沥青路面排水性能研究与排水设施的设计(1)(3)

作为排水层材料的一个重要指标，渗透系数有着重要的作用。它是排水性路面排水系统

设计的根本，不能确定排水层材料的渗透系数。路面内部排水的设计就成为空谈。它决定着排水层排水功能的发挥，是排水系统各参数设计的基础。但是目前为止，还没有一个渗透仪

东南大学硕士学位论文

第一章绪论

能够对室内成型的试件和野外钻芯试件进行稳定、高效地测试，同时也没有统一、完善的测定方法。目前渗透系数的测定还处于探索阶段，由于测试仪器和测试方法的区别所得的结果存在较大的差别，以此为依据的排水设计方法也就不同，因此有必要对大空隙材料渗透系数的测定仪器和测定方法进行研究。同时，目前对于渗透系数测定的方法都是测定材料竖向的渗透系数而路面排水的实际状况是横向的，研究表明材料横向渗透系数与竖向渗透系数是不同的，因此还要对横向渗透系数的测定方法进行研究。

３．

没有渗透系数与材料性能的关系这方面的研究

对于设计计算来说渗透系数是一个重要的指标，但是对于工程应用来说，光有渗透系数

是不够的。因为渗透系数是材料本身渗流性能的～个指标，它不仅取决于材料的性质（如粒

度、成分、颗粒排列、填充状况等），而且与渗透液体的物理性质（容重、粘滞性等）有关。

可见．渗透系数只是材料性能的一种反映但是缺乏可设计性，怎样才能达到这样的渗透要求还需要进～步研究，就像我们知道了材料的设计强度如果不去研究级配与强度之间的关系还是不能很好地应用于工程实际一样，我们同样需要研究材料的性能与渗透系数的关系来对材料进行设计和控制，使设计出来的材料能够满足要求。理论分析表明，空隙大小对Ｋ值起主要作用。因此，如果能找出空隙率与渗透系数之间的关系，就可以对材料进行设计，指导施工。但是目前还缺乏对于这方面的研究。

４．

排水性路面内部排水系统的布设多采用经验方法。没有相应的理论依据

目前，排水性路面内部排水系统各附属设施的布设多是根据经验确定技术参数，没有相

应的理论作为指引和依据，导致对这些设施布设的效果缺乏相关的认识。对于排水系统的设

计计算是采用我国《公路排水设计规范ＪＴＪＯｌ８－９７）》所介绍的方法，由于排水性路面的排水表层空隙率很大（１５～２５％），《规范》的方法对于大空隙率的排水性沥青路面面层的计算是否适用有待进一步研究证实。因此，有需要对内部排水系统的各组成部分，包括排水层的渗透状况、遐水时间、集水沟的渗透系数和宽度、集水管的开孔面积、集水管的管径大小等参

数进行必要的理论分析和计算。

１．３．２研究内容

１．

重新建立排水性路面排水设计计算模型

对降雨入渗的物理过程和水文学进行分析，结合排水性路面实际情况在现有“河间地块

地下水运动”模型的基础上重新建立“排水性路面排水设计计算”模型。研究排水性路面排水机理及影响因素，推导排水计算公式。根据路面结构和材料参数及降雨资料定义路表水渗

入率的设置范围。

２．

渗透仪的研制及测定方法的研究

总结国内外渗透仪的研究现状，并结合排水层材料渗透系数测定的实际情况ｔ应用达西

（Ｈ，Ｄａｒｅｙ）定律基本理论研制可用于室内大空隙材料渗透系数（包括横向渗透系数与竖向渗透系数）测定的仪器。并结合试验仪器建立完善渗透系数的测定方法，确定试验要求和条件。

４

东南大学硕士学位论文

第一章绪论

３．

材料性质和渗透系数关系的研究

结合国内外相关研究资料，通过试验研究材料性能和渗透系数之间的关系，主要以空隙

率和渗透系数的关系为主。还要研究横向渗透系数与竖向渗透系数的关系。

４．

路面内部排水系统渗流计算

根据材料的渗透系数和路面结构参数，利用排水计算模型，对排水层退水时间、集水沟

宽度、集水管开孔面积、集水管管径等排水系统参数进行计算，为排水性路面内部排水系统

设计奠定理论基础。

５．

路面内部排水系统设计

根据路表渗透系数设计、排水层渗流参数计算、排水性沥青混合料级配设计等结果，提

出完整的排水性沥青路面内部排水系统设计方法，并给出算例．以指导实际工程的排水系统

设计。

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第二章排水性沥青路面排水机理及计算

本章首先介绍了降雨入渗的物理过程和水文学原理，在原有《地下水动力学》的“河间地块地下水运动”模型的基础上重新建立排水性沥青路面排水计算模型，根据不同的路面结构形式和降雨条件确定路表渗透系数设置范围，分析排水性能影响因素，研究提高排水性路

面排水性能的方法。

２．１降雨入渗的物理过程

为了得到一个实用且能反映路面实际使用状况的雨水入渗计算方法，首先应了解降雨入渗的物理过程。降雨从路表进入路面结构内部的过程，按照时间顺序，主要有以下几个过程：

１．

面层表面的初步浸润

降雨初始，面层含水量很小，基本处于干燥状态。此时，降雨落到路面之后在分子力作

用Ｆ被表层颗粒吸附而成为薄膜水，面层表面被初步浸润，从外表上看路面由干燥时的灰白

色变成发黑的颜色。由于这时水分还很少，尚不会发生水流的运动和渗入，通俗一点说就是将面层表面的材料润湿了。

２．

面层表面空隙的填充过程

排水性路面的路表具有很大的空隙率，一方面便于雨水的入渗，另一方面可以为车辆提

供一定的摩擦力和行驶时的抗滑作用，这在雨天尤为重要。随着降雨的继续，降到路表面的雨水将面层表面浸润之后开始在毛细管力和重力的作用下向下进入路表面的空隙，当表层含水量大于撮火分子持水量时，浸润锋面逐渐下移，入渗水分在面层表面的空隙当中作不稳定运移，并逐步填充各种空隙，直至饱和，这个过程称之为面层表面空隙的填充。此时，排水层表面的材料达到了它最大的持水度，此时的饱和状态是排水层表面材料持水能力的饱和而并非整个排水表层的饱和，更不是渗流能力的饱和。如果此时的降雨强度小于水分在排水表

层内的扩散填充，将不会发生径流，此时的路面可以明显看出含水量比浸润阶段还要大，处

于完全湿润的状态；如果此时的降雨强度大于填充空隙的速率，多余的雨水将在路表形成表面径流。当然由于路表面不可能绝对平整，在形成径流之前还必须将路面的低洼甚至有坑洞

的不平的地方先填满，才可能形成表面径流。

３，

排水层中水流的蓄积和渗流

当排水层表面达到最大持水能力后，雨水将继续向面层深处扩散，入渗锋面从面层的表

面向下推移至排水层的底面即粘（封）层，至此整个排水表层全部被浸润。随着降雨的继续，雨水竖向渗流至排水层层底，为了防止水分继续向下入渗对路面体产生破坏，在排水层和下面的面层之间设有粘（封）层，这也是排水性路面结构的重要组成部分。由于粘（封）层的作用，雨水不再向下入渗而是在排水层底形成蓄积，由于路面坡度的原因，当蓄积高度达到其连通空隙的最小高度时，就开始在排水层中横向流动，形成横向的渗流，进入集水管并最终排出路面。这一部分的渗流是本章研究的主要内容。如果此时的降雨强度小于排水表层的渗流的强度，雨水将全部通过排水表层的竖向和横向渗流排出路面体；如果此时的降雨强 …… 此处隐藏：2615字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……