排水性沥青混合料的空隙结构渗透性能试验

论文总字数：33788字

摘 要

渗透系数是表征混合料渗透能力的重要指标，它的影响因素有许多,包括混合料空隙率、连通空隙率、集料最大粒径等。本文主要研究的是排水性混合料的排水性能，所以需要使用改进后的渗透仪进行渗透系数的测定，并通过实验数据衡量这些因素对渗透系数的影响，最终建立回归关系式。

为此首先需要对混合料级配进行设计，利用现有理论根据目标空隙率设计出级配，成型试件再测试空隙率，根据结果调整级配成型出空隙率在15%~25%之间的试件进行渗透实验。对于渗透实验的数据，我们需要对所有数据结果根据Forchheimer公式进行拟合以确定实验仪器与结果的合理性，然后根据雷诺数确定流态处于层流状态的数据使用达西定律对数据进行线性拟合确定渗透系数。在拥有了渗透系数后，可以对空隙率、连通空隙率以及渗透系数的关系进行分析拟合，可发现三者两两都呈线性关系。

由于降雨时，雨水在排水路面的流态复杂多变，所以针对非层流状态下k值的变化有必要进行一定的探究。同时，从数据散点图可以看出低水力梯度段的一些数据不完全符合达西定律，对此根据数据与低渗透理论对其进行了初步分析。

关键词：排水性沥青混合料 空隙率 渗透系数 达西定律

Void structure permeability test of porous asphalt mixture

Name: Chen Yao Student ID: 21011215

Tutor: Zhang Fan

Abstract

Permeability coefficient is regarded as an important indicator of mixture penetration, and it has many factors including the mix porosity, connected porosity and maximum aggregate size. This paper studies the drainage capacity of porous mixture, it is necessary to use the improved permeability tester to perform experiments on permeability coefficient, and the use of the experimental data to measure the impact of these factors on the permeability and to achieve the final regression relationship is also important.

To achieve the purpose of the experiment, you first need to design mix gradation. We can use existing theory to design mix gradation depending on the target porosity and test the mix porosity. According to the results,we can adjust the gradation to form specimens whose porosity is between 15% and 25%.Then we can go on for subsequent experiments. Using Reynolds number,we can find the data that it’s liquid state is laminar flow.Then,we can use data to determine the permeability coefficient of linear fit.All the data will be fitted according to Forchheimer formula to testify that the device is reasonable.Having permeability coefficient,we can analyze the relationship between porosity, connectivity porosity and permeability coefficient and find that the three were tested linear fit.

Due to the complication of rainwater drainage flow pattern, so we need to research on the change values for k when the liquid’s state is under non-laminar flow conditions. At the same time, it can be seen from the data scatter plot, some data in the area of low hydraulic gradient section violates the Darcy's law, based on the theory of low permeability and the data we can make primary analysis.

Key words: porous asphalt mixture; porosity ;connected porosity; permeability; Darcy's law

目录

摘 要 I

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2排水性沥青路面的结构 2

1.3国内外研究现状 2

1.4研究内容 3

第二章 渗流理论基础与方案设计 5

2.1土壤孔隙与岩石裂缝中的渗流 5

2.2排水性沥青混合料中的渗流 6

2.3实验方案设计 7

第三章 排水性沥青混合料组成设计 8

3.1排水性沥青混合料级配组成设计方法 8

3.2油石比计算方法 9

3.3确定实验用级配与油石比 9

3.4试件成型与空隙率测定 10

3.5本章小节 12

第四章 渗透实验操作与数据处理 13

4.1实验仪器简介与操作介绍 13

4.2实验原始数据 14

4.3实验数据初步处理 19

4.4实验数据初步拟合 24

4.5非层流状态下的k值变化 27

4.6本章小节 29

第五章 渗透系数的确定与分析 30

5.1雷诺数的确定 30

5.2散点图及图样分析 31

5.3渗透系数确定 38

5.4空隙率与连通空隙率关系拟合 40

5.5渗透系数与空隙率以及连通空隙率的拟合 41

5.6本章小节 43

第六章 结论与展望 44

6.1实验结论 44

6.2不足与展望 45

致谢 46

参考文献(Reference) 47

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随着我国公路不断建设，高速公路网已经慢慢形成，大规模建设道路的阶段已经结束。由于我国幅员辽阔，南北、东西气候环境有很大的差异，每个地区对于道路性能的要求也有所不同，特别是天气严寒的地区与多雨地区对于道路都有着特殊的要求。人们现在愈发关注道路的使用安全，因此近年来道路的学者积极研究各式各样的功能性路面，如将石墨混入面层结构中通电产生热量融雪的功能路面、吸收尾气的绿色功能路面以及快速将路表积水排走的排水性功能路面。

现在大规模使用的AC密级配沥青混凝土路面在大多数地区配合附属设施、排水设施都能满足各方面的要求。但是在降雨量大的某些地区，水不能及时排走将会对道路使用者的安全产生威胁。当降雨量比较大时，水通过道路横纵坡汇集到排水设施内统一再排出路界范围外。但是如果水在路面表面形成径流产生水膜，那么汽车行驶在这样的路面容易发生打滑，相较与干燥的路面，这时轮胎与路面的附着系数将会降低许多，因此在转弯与制动时更容易发生交通事故。再者，轮胎本身有花纹，在这样的路面行驶水将沿过轮胎的花纹向后喷溅形成水雾影响后方驾驶员的视野。在晚上时，光线照在水膜上将不会像照射在地面上产生漫反射，强光将直接反射到司机的眼睛里造成短暂失明，这也被称为眩光。这些现象严重威胁驾驶安全，同时由于密级配空隙很小，汽车行驶时轮胎与地面之间产生负压会将空隙内的水吸出来，这对道路结构本身也有很大的危害。对于这些降雨大而集中的地区，我们需要改进设计，排水性功能路面就是道路学者为解决上述问题进行研究所得到的成果。

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