强降雨及高温天气对风积沙路基水力特性的影响研究

作     者：荆鹏 张雅琪 宋心彤 张莉 杨海顺 于涛 王鹏程 

作者机构：北京交通大学土木建筑工程学院 北京工业大学城建学部 交通运输部科学研究院 包头铁道职业技术学院 中国铁路呼和浩特局集团有限公司乌海工务段 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：北京市教委科技计划一般项目(No.KM202110005001) 内蒙古自治区自然科学基金面上项目(2023MS05039) 北京交通大学人才基金项目资助(KC-24001532) 

主　　题：风积沙路基 强降雨 高温 干湿循环 稳定性 

摘      要：风积沙是内蒙古沙漠地区铁路/公路路基的主要填筑材料。近年来内蒙古地区强降雨和高温事件频发，造成风积沙路基土的体积含水率和孔隙水压力显著变化，抗剪强度衰减，从而引发路基变形和滑坡，危害路基稳定性。为探讨强降雨和高温天气对风积沙路基的水力行为和稳定性的影响，以内蒙古某沙漠地区风积沙路基为研究对象，根据内蒙古中部地区气候特征设计了短时强降雨-蒸发和连续降雨-蒸发两种干湿循环工况，通过数值模拟方法分析了风积沙路基在不同类型的强降雨-蒸发循环作用下的含水率和孔隙水压力随时间和路基深度的变化规律。研究结果表明：强降雨条件下，降雨初期，入渗率等于降雨强度，随着降雨过程持续进行，路基的入渗能力不断降低，当路基表层含水率达到饱和时，入渗速率即为风积沙路基土的饱和渗透系数；相同总降雨量下，连续降雨工况的入渗量较高，因此连续降雨工况下风积沙路基的体积含水率和孔隙水压力变化量和入渗深度均高于短时强降雨工况，连续降雨和短时强降雨工况下的入渗深度分别为5.65m和3.29m；降雨导致风积沙路基的体积含水率上升，负孔隙水压力随之下降，高温蒸发对路基水力行为的影响规律则与之相反，随着路基深度增加，强降雨和高温天气对风积沙路基的含水率和孔隙水压力的影响程度逐渐减弱，滞后性增强。研究结果可为沙漠地区风积沙路基的设计和养护工作提供一定的理论基础。