试论不同降雨状态下路基排水计算理论的研究

黄凯

摘 要：本文根据不同地区降雨情况的不同，考虑两种极端降雨状态下渗沟的排水情况，建立了无降雨排水模型以及连续强降雨排水模型，以期望对日后路基排水系统的设计与实践提供理论依据。

关键词：渗沟；排水；无降雨渗透；连续强降雨渗透；路基

中图分类号： U416.1 文献标识码： A

1 绪论

随着全国经济水平的飞速发展，城市内部、各城市之间的交流以及贸易往来越发频密，公路作为重要的纽带，在其中扮演着举足轻重的作用。由于我国地大物博、幅员辽阔，各地区的降水流量、地址构造差别很大，所以各地区的公路路基状态有所不同。要想保证公路的耐久度与安全性，排水系统必不可少。高质量、完善程度良好的公路排水系统是公路正常运行的重要保证，所以近年来如何做好公路路基的排水系统，从而提高公路使用率成为了该领域专家关注的重点。[12]渗沟作为重要的排水系统，可以排除地下水，同时降低地下水位线。建立盲沟时，会有诸多的影响因素影响其排水效果。渗流作为最关键的影响因素一直是研究者们关心的热点问题。[34]渗沟间的距离、不同降雨状态下的地下水位高度、排水量以及强降雨之后排水所需时间都是需要解决的关键性问题，所以综合考虑各种因素，建立不同降雨状态下的排水渗透模型势在必行。本文根据各地区降雨量的不同，建立两种极端情况的排水渗透模型，即无降雨排水模型以及连续强降雨排水模型，我们称之为流量稳定的渗透排水方式，下表表述了具体的类型及其适用条件。

2 路基排水计算方法

2.1无降雨渗透排水模型

在降雨稀少的地区，地下水位埋藏较深，水位很低，在这些地方修建路基时安全系数较高，发生灾害的情况较少。但是一些降雨稀少地区的水库或者山区溢出带附近的土质较为松软，从而导致地下水位埋藏较浅，所以水位相对很高，在这种地方修建公路要充分考虑到各种灾害发生的可能性，因为这种地方地质较为特殊，道路翻浆、路基路面塌陷、边坡塌方等情况经常发生，所以在这类地方修建路基时，渗沟的设置显得尤为重要，因为渗沟可以将地下水位线大幅度地降低，使路基最大限度地保持干燥。[5]在此类地区修建路基时，我们完全可以不考虑雨水的渗透，只要将潜水层和含水层的水位考虑在内即可。通过潜水含水层里的水体状态，再结合力学知识，从而建立数学模型：

ddx（hdhdx）=0，hx=0=h0，hx=L'=H（1）

渗沟与渗沟之间的地下水位高度会发生变化，所以将其考虑在内，渗沟之间的地下水位为：

h2=（H2-h02L'）x+h02（2）

在降雨稀少的地区，虽然我们可以排除降雨的渗入而导致渗沟内水位发生变化，但是渗沟内的水位也是在实时变化的，因为水体可以通过渗沟和渗沟之间的沟壁进行互相渗透，所以我们要将这一因素考虑在内，由沟壁流入渗沟内的水水量可以通过下式得出：

q=K2H2-h02L'（3）

在公式（3）中，q的单位为m3/（s·m），表示单位长度的渗沟由相邻渗沟沟壁流入渗沟内的水流量；K代表潛水含水层中水体的渗透系数，有时作为一个常量存在；H的单位为米（m），代表潜水含水层中水位的最终高度；h0的单位也为米（m），表示渗沟内的水体高度；地下水位会受到渗沟的影响，从而其水平的距离会发生很大变化，L'就代表了这个距离的变化量，它的单位也为米（m）。

2.2连续强降雨渗透排水模型

与许多内陆城市形成鲜明对比，我国华东、华南等沿海城市经常遭遇连续的强降雨天气，在这种情况下，由于大量的雨水渗入，路基内部的地下水位短时间内出现暴涨现象，一旦地下水位高度达到路基填土位置，就会使路基迅速软化，从而出现翻浆、塌方等状况。根据魏云杰等报道，[6]在遭遇连续强降雨状态时，雨水渗透给地下水的流量等同于渗沟的排水量，所以路基内部的水流我们可以认为是稳定型，那么渗沟就可以如下图所示设计：

连续强降雨状态下渗沟的设计图

所用数学模型如下式所示：

Kddx（hdhdx）+W=0，hx=0=h0，hx=L=h0（4）

公式（4）中h为均值记为hmean，hmean=12（H0+h0），所以可以将上式简化成公式（5）。

d2hdx2=-WKhmean（5）

故它的解为

h2=h02+WK（Lx-x2）（6）

我们将公式（6）称为渗沟的浸润曲线方程，W表示水体的渗透强度；L表示渗沟间的距离（m）；当水位到达渗沟间距的一半时，我们称之为安全水位，所以通过中心点水位H0计算，就可以得出合理的渗沟间距离，如下式所示：

L=2（h2max-h02）KW（7）

3 结语

针对我国各地区降雨量的较大差异，分别建立了两种极端状况下的渗沟排水模型，两种模型的计算方法较为简单，可操作性良好，其实用性在今后的路基实践施工中有待进一步验证。

参考文献：

[1]赵小全.盲沟降排水在某基坑降水工程中的应用[J].科技情报开发与经济，2006， （1）： 298299.

[2]吴兵丰.排水盲沟在地下建筑物抗浮工程中的应用[J].科技致富想到， 2010 （11）： 161162.

[3]速宝玉，詹美理，张祝添. 充填裂隙渗流特性实验研究[J].岩土力学， 1994， 19 （4）： 813.

[4]宋晓晨，徐卫亚.非饱和带裂隙岩体渗流的特点和概念模型[J].岩土力学， 2004， 25 （3）： 407411.

[5]魏云杰，许模，卢书强，等.西部公路路基内部排水效果模拟研究[J].中国地址灾害防止学报， 2003， 14（1）： 3134.

[6]魏云杰，许模，刘健. Visual Modflow软件及其在砂岩型铀矿成矿水文地质条件研究中的应用潜力分析[J].铀矿地质， 2003， （1）： 5357.