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透水沥青路面是“海绵城市”主要铺装形式之一,对于有效控制路面雨水径流,实现雨水自然积存、渗透和净化具有积极作用。透水沥青路面渗流过程、机理及其表达的研究,是支撑透水沥青路面设计与应用的理论基础。但目前相关研究多集中在透水沥青混合料与渗透系数关系,并借助室内试验验证透水沥青混合料渗透模型。本文基于室内试验、数值分析、有限元模拟和室外透水路面足尺模拟验证等技术手段,开展了透水沥青路面渗流模拟与验证研究:
(1)采用干捣法和正交试验法,确定了OGFC-13的最佳级配,并采用析漏实验和飞散实验相结合的方式确定了最佳油石比。
(2)采用室内变水头实验方法测定OGFC-13的渗透系数,确定了合理的水头高度为10~25cm,明确了OGFC-13的渗透系数随孔隙率、有效孔隙率的变化规律,构建了孔隙率-渗透系数、有效孔隙率-渗透系数、效孔隙率-孔隙率之间的函数关系。
(3)对不同公称最大粒径的透水沥青混合料马歇尔试件进行了CT扫描,并采用图像识别获取了透水沥青混合料马歇尔试件内部孔隙平均直径、孔隙直径中位数、孔隙平均面积等透水沥青混合料孔隙特征,分析了内部孔隙网络特征随透水沥青混合料最大粒径变化的规律。
(4)基于透水沥青混合料CT扫描和图像识别的结果,分析了透水性沥青路面水分渗透过程,建立了透水性沥青混合料渗透模型;根据透水性沥青混合料骨架及孔隙的分布形态,采用数值模拟方法分析了水分在透水沥青混合料中的渗透过程,计算了混合料渗透系数,并且将模拟结果与室内渗透实验结果进行对比分析,验证了模型合理性。
(5)通过室内实验和数值计算的结果拟合了OGFC材料模型的水力特性函数,并对实际尺寸的透水路面典型结构进行了透水能力模拟计算,得到了13种典型结构路面在不同降雨条件下能够允许的最大降雨量,并总结了不同结构层厚度对透水沥青路面透水能力的影响及其适用条件。
(6)在室外建立了透水沥青路面足尺试验场,通过雨水喷淋系统模拟实际降水条件,开展了透水沥青路面渗透测试,对比分析实测结果与模拟结果,验证了有限元分析的准确性与合理性。同时也通过室外足尺试验,对透水沥青路面的“调峰蓄洪”能力进行了研究和分析。
(1)采用干捣法和正交试验法,确定了OGFC-13的最佳级配,并采用析漏实验和飞散实验相结合的方式确定了最佳油石比。
(2)采用室内变水头实验方法测定OGFC-13的渗透系数,确定了合理的水头高度为10~25cm,明确了OGFC-13的渗透系数随孔隙率、有效孔隙率的变化规律,构建了孔隙率-渗透系数、有效孔隙率-渗透系数、效孔隙率-孔隙率之间的函数关系。
(3)对不同公称最大粒径的透水沥青混合料马歇尔试件进行了CT扫描,并采用图像识别获取了透水沥青混合料马歇尔试件内部孔隙平均直径、孔隙直径中位数、孔隙平均面积等透水沥青混合料孔隙特征,分析了内部孔隙网络特征随透水沥青混合料最大粒径变化的规律。
(4)基于透水沥青混合料CT扫描和图像识别的结果,分析了透水性沥青路面水分渗透过程,建立了透水性沥青混合料渗透模型;根据透水性沥青混合料骨架及孔隙的分布形态,采用数值模拟方法分析了水分在透水沥青混合料中的渗透过程,计算了混合料渗透系数,并且将模拟结果与室内渗透实验结果进行对比分析,验证了模型合理性。
(5)通过室内实验和数值计算的结果拟合了OGFC材料模型的水力特性函数,并对实际尺寸的透水路面典型结构进行了透水能力模拟计算,得到了13种典型结构路面在不同降雨条件下能够允许的最大降雨量,并总结了不同结构层厚度对透水沥青路面透水能力的影响及其适用条件。
(6)在室外建立了透水沥青路面足尺试验场,通过雨水喷淋系统模拟实际降水条件,开展了透水沥青路面渗透测试,对比分析实测结果与模拟结果,验证了有限元分析的准确性与合理性。同时也通过室外足尺试验,对透水沥青路面的“调峰蓄洪”能力进行了研究和分析。