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排水性沥青路面的排水能力设计计算研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.1.1 降雨对交通安全的影响

1.1.2 水对路面结构的影响

1.1.3 排水性沥青路面的结构特点

1.1.4 路面结构表层排水研究的意义

1.2 排水性沥青路面及其排水能力研究现状

1.2.1 排水性沥青路面的国内外研究及应用现状

1.2.2 排水性沥青路面表层排水能力设计计算研究

1.2.3 排水性沥青混合料的渗透参数测试研究

1.2.4 排水层排水能力研究存在的主要问题

1.3 本文的主要研究内容与技术路线

1.3.1 本文的主要研究内容

1.3.2 研究的技术路线

第二章 沥青路面的路表水膜及其临界厚度

2.1 降雨形成的路表水膜对行车安全性的影响

2.1.1 降雨路表的行车滑水及极限滑水速度

2.1.2 路表水膜对轮胎的作用效果

2.2 密级配沥青路表的临界水膜厚度分析

2.3 排水性沥青路表的临界水膜厚度分析

2.3.1 排水性路面的路表临界水膜厚度分析

2.3.2 不同排水模式的临界水膜厚度对比效果

2.4 路面降雨的路表水膜厚度估算方法

2.5 本章小结

第三章 排水性混合料的渗流数值模拟及试验验证

3.1 排水性路面的一元无压渗流模型构建

3.1.1 一元渐变渗流的基本微分方程

3.1.2 排水层内的渗流浸润曲线判断及其形状计算

3.2 排水性路面渗流模型的有限元数值模拟

3.2.1 排水渗流有限元模型的建立

3.2.2 车辙板模型数值模拟计算

3.3 车辙板渗流模型的试验测试与分析验证

3.4 本章小结

第四章 排水路面表层内部渗流排水计算分析

4.1 排水性沥青路面的表层产流分析

4.2 排水性沥青路面渗流分析模型的建立

4.2.1 排水性沥青路面的达西定律适用性

4.2.2 排水层内渗流潜水面方程

4.2.3 排水性沥青路面表层的内部渗流模型建立

4.3 排水性沥青路面层内渗流浸润线分析推导

4.4 排水性沥青路面的实际排水状况分析

4.5 本章小结

第五章 排水性混合料的渗透参数测试技术研究

5.1 渗透系数测试方法及相关理论

5.1.1 Darcy定律的应用分析

5.1.2 材料的渗透系数测试技术

5.2 排水性沥青混合料的横向渗透系数测试

5.2.1 横向渗透装置的设计

5.2.2 横向渗透系数的测定分析

5.3 排水性沥青混合料的竖向渗透系数测试

5.3.1 竖向渗透装置的设计

5.3.3 竖向渗透系数的测定及分析

5.4 横向与竖向渗透系数的关系分析

5.5 空隙率、连通空隙率与渗透系数的关系

5.6 排水性沥青混合料的渗透系数简易测定技术

5.6.1 路面透水仪的室内测试渗透系数方法

5.6.2 路面透水仪的施工现场快速检验

5.7 本章小结

第六章 排水性沥青路面的排水设计指标及方法

6.1 排水性沥青路面表层排水的设计控制指标

6.1.1 路表积水水膜厚度控制

6.1.2 排水层的退水时间

6.1.3 排水附属设施的设计泄水能力

6.2 排水性沥青路面表层排水的设计方法

6.3 排水性沥青路面排水系统的设计过程

6.4 不同排水构造设施的排水能力计算分析

6.4.1 渗(盲)沟的排水能力计算

6.4.2 排水层范围内退水的均匀渗流时间计算

6.4.3 排水表层的排水能力计算

6.4.4 边缘明沟排水的设计计算分析

6.4.5 边缘暗沟排水的设计计算分析

6.4.6 特殊路段的排水设计

6.5 本章小结

第七章 排水性沥青路面的排水系统设计应用实例

7.1 排水性沥青路面表层排水的工程设计范例

7.2 盐通高速公路排水路面的设计实践

7.2.1 盐通试验工程的设计改进

7.2.2 排水路面试验工程的排水设计计算

7.3 排水路面试验工程的实施及效果观察

7.4 本章小结

第八章 总结

8.1 主要结论

8.2 主要创新点

8.3 论文后续工作的展望

致谢

参考文献

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摘要

排水性沥青路面以大空隙率的排水性沥青混合料作为路面表层,使雨水可以通过表层内部向边缘排出,降低雨天路表积水可能性,增加路面的表面纹理,提高沥青路表的雨天行驶舒适性及抗滑安全效果。作为一种新型的功能性路面结构型式,为推广其应用,需要对其排水能力开展深入而系统的研究。
  本文首先针对沥青路表降雨的行车安全性进行分析,建立了路面行车滑水的临界水膜厚度估算公式,分析对比了排水性路面与传统密级配路面的降雨路表水膜对行车安全性影响差异,为排水性路面结合渗流排水能力进行路面功能设计及行车安全性改善提供依据。其次,进行了排水性路面表层多孔排水混合料的排水模型构建及试验测试验证,并借鉴河间地块降雨情况下的地下水运动模型建立了排水性路面的渗流分析模型,通过分析推导得到了特定雨强与渗透系数情况下的面层渗流排水的浸润曲线方程和沿程流量计算公式。进一步,对影响排水能力的渗透系数指标,开发了横向辙槽渗透和竖向大马歇尔试件渗透设备,开展了排水性混合料的渗透系数测定,验证了排水性沥青混合料的横竖向渗透系数的一致性。最后,在分析不同路面边缘排水构造设施排水能力计算方法基础上,以路面排水功能设计为目标,建立了设计控制指标及要求,形成排水性沥青路面的排水系统设计体系,并结合盐通高速公路排水性沥青路面设计进行了具体设计改进与计算验证。试验路实践表明,排水性沥青路面雨天路表排水效果显著,边缘设施出水理想,实现了预期的路面功能及行车改善效果。
  以上研究成果为排水性沥青路面结构的排水能力设计提供了必要的依据,有利于指导排水性路面的材料及功能设计、提高排水性路面的使用效果和道路行车安全性能。

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