[发明专利]基于湿度平衡的公路膨胀土路基变形预估方法

摘要

本发明提供的一种基于湿度平衡的公路膨胀土路基变形预估方法，通过巧妙的设计，1)建立膨胀土路基湿度变化的二维有限元数值分析模型；2)采用非饱和土的湿热耦合计算方法，预测包边膨胀土路堤在设计使用年限内湿度场的变化规律,既可考虑路堤不同横断面型式以及地下水位，又可考虑路堤中湿度均随时间和空间变化规律；3)本发明提出的膨胀系数可考虑土样的初始含水率和初始干密度；4)本发明提出湿胀变形量公式,可以考虑路基的初始应力状态和最终应力状态，更符合路基的实际工作状态。

主权项

1.一种基于湿度平衡的公路膨胀土路基变形预估方法，其特征在于，建立膨胀土路基湿度变化的二维有限元数值分析模型，进而提出非饱和土的湿热耦合计算方法，预测包边膨胀土路堤在设计使用年限内湿度场的变化规律，其中：非饱和土的水热耦合的控制方程为：式中，ρ_w为水的密度；D_v为水蒸气的扩散系数；P_v为水蒸气压力；k_x和k_y分别为x和y方向的渗透系数；Ψ为基质吸力的函数；y为位置水头；Q_w为边界流量；θ_w为路基湿度；g为重力加速度；L_v为水的蒸发潜热，取2.418×10⁶J/kg；ξ为土的体积热容；λ_x和λ_y分别为x和y方向土的导热系数；W_t为边界热量；T为绝对温度；R为通用气体常数，取8.31432J/molK；W_v为水分子重量；P_vs为饱和蒸气压；膨胀土路基的湿胀变形计算模型为：式中，δ为膨胀土路基的湿胀变形量；n为土层数；式中，Δz_i为第i层土的膨胀变形量；β_i为第i层土的膨胀系数；z_i为第i层土层的初始厚度；e_oi为第i层土层的初始孔隙比；σ′_sc为第i层土层的初始应力状态，σ′_sc＝σ_yi‑u_wi，σ_yi为第i层土层的上覆压力，u_wi为第i层土层的初始孔隙水压力；σ′_f为第i层土层的最终应力状态，σ′_f＝σ_yi‑u_wfi，u_wfi为第i层土层的最终孔隙水压力。