馬年祖，建德琳，代玉莉，王鹍鵬，王惠棟

(1.河南省弘陽高速公路有限公司，河南 三門峽 472000；2.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124)

?

山嶺重丘區(qū)道路改擴(kuò)建路基持續(xù)降雨滲流數(shù)值模擬

馬年祖1，建德琳1，代玉莉1，王鹍鵬1，王惠棟2

(1.河南省弘陽高速公路有限公司，河南 三門峽 472000；2.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124)

以連霍高速公路洛三臨路段的改擴(kuò)建工程為背景，應(yīng)用巖土工程分析軟件Geo-Studio對山嶺重丘區(qū)高速公路中典型填方路基和挖方路基的持續(xù)降雨滲流問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了路基中滲流場和孔隙壓力隨降雨時間的變化情況。計(jì)算結(jié)果表明：隨著降雨時間的增加，存在負(fù)孔隙水壓力的路基土區(qū)域不斷縮小，路基穩(wěn)定性逐漸變差；降雨初期，路基中主要是降雨引起的垂直滲流，隨著降雨時間的增加，伴隨垂直滲流的還有水位差引起的水平滲流；在持續(xù)降雨的條件下，應(yīng)多注意路基邊坡和挖方路段兩側(cè)邊坡的穩(wěn)定性。

道路工程；山區(qū)道路；數(shù)值模擬；降雨滲流；路基

0 引言

為適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，對現(xiàn)有已出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞或是提前出現(xiàn)交通量飽和的道路進(jìn)行改造或擴(kuò)建是十分必要的[1]。在道路的改擴(kuò)建工程中，如何防止水分進(jìn)入到路基內(nèi)部和將進(jìn)入到路基內(nèi)部的水分及時排出是道路改擴(kuò)建和維修工程中的重要內(nèi)容[2]。山嶺重丘區(qū)高速公路，因其所處區(qū)域水文和地質(zhì)條件復(fù)雜、降雨匯水區(qū)坡度陡[3]，公路水毀現(xiàn)象嚴(yán)重，而且一旦出現(xiàn)問題，其建設(shè)和養(yǎng)護(hù)管理也極為不易。

每年雨季，我國公路因排水不善或排水系統(tǒng)水毀造成了大量的交通中斷事件，帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。有關(guān)資料顯示[4]：1994年中國公路水毀損失達(dá)37億元，1996年達(dá)69億元，1998年達(dá)91億元，2005年前后每年公路水毀直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到了100億元以上。為此，很多學(xué)者對公路水毀問題開展了研究。沈波[4]通過對陜西、甘肅、寧夏、四川、重慶、云南等西部山區(qū)的公路水毀調(diào)查發(fā)現(xiàn)：新建高等級公路排水系統(tǒng)相對完善，一般情況下出現(xiàn)水毀的問題相對較少；但在水文及地形、地質(zhì)條件相對惡劣，環(huán)境條件變化劇烈，公路防護(hù)、排水相對不完善的路段(舊路改造或擴(kuò)建的高速公路)，公路水毀災(zāi)害大量存在。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，沈波等人[5-6]總結(jié)了公路排水存在的主要問題，重點(diǎn)歸納了排水溝渠易于水毀的4個特征，提出3個須解決的關(guān)鍵水力學(xué)問題，根據(jù)破壞成因總結(jié)出了8 項(xiàng)工程防治措施。鄢啟和[7]結(jié)合廣東省陽江至陽春高速公路的建設(shè), 研究了山區(qū)高速公路的排水系統(tǒng), 分析了排水系統(tǒng)的水毀機(jī)理, 提出了適合于山區(qū)高速公路關(guān)鍵部位的排水設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及改進(jìn)措施。2010年7月28日特大洪水造成吉林省東部山區(qū)公路多處嚴(yán)重水毀，趙文丁[8]在調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析了山區(qū)公路水毀的原因，提出公路水毀的防治應(yīng)堅(jiān)持“必先治水”的原則，公路修建完成后，養(yǎng)護(hù)部門還要堅(jiān)持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的方針政策。楊俊峰[9]根據(jù)黃土地區(qū)高速公路加寬工程中新舊路基在汛期施工中易遭受雨水破壞的情況，總結(jié)了水毀的主要形式，分析了水毀發(fā)生的原因，提出了具體的預(yù)防和處治措施。張波等人[10]結(jié)合重慶黔彭高速公路, 介紹了多雨山區(qū)高速公路路基、路面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。楊宏志等人[11]認(rèn)為山區(qū)高速公路易于水毀除山洪本身的原因之外, 還與設(shè)計(jì)、施工以及人為活動等因素有關(guān)，指出了傳統(tǒng)山區(qū)高速公路排水設(shè)計(jì)方法的弊端，提出了基于GIS的山區(qū)高速公路排水設(shè)計(jì)方法和流程。不難發(fā)現(xiàn)，上述研究工作多是從工程和設(shè)計(jì)的角度提出工程防治措施和設(shè)計(jì)方法的，對公路水毀的機(jī)理問題沒有做過多的研究。

公路水毀是一個涉及到飽和-非飽和狀態(tài)水分滲透和水分變化的問題。在機(jī)理上可歸結(jié)為：特定邊界條件下，路基受降雨作用出現(xiàn)的滲流和滲透破壞問題。雖有學(xué)者[12-14]在該方面做過一些研究，但對山嶺重丘區(qū)道路在持續(xù)降雨條件下的滲流機(jī)制問題的研究較少。考慮到水滲流機(jī)制是進(jìn)行公路防排水設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，筆者認(rèn)為仍有必要依據(jù)具體工程開展山嶺重丘區(qū)高速公路在持續(xù)降雨條件下滲流機(jī)制問題的研究。

本文以連霍高速公路洛三靈(洛陽至三門峽至靈寶高速公路)路段的改擴(kuò)建工程為背景，根據(jù)飽和-非飽和滲流理論，應(yīng)用數(shù)值模擬的方法研究了改擴(kuò)建的山嶺重丘區(qū)高速公路典型填方路基和挖方路基在持續(xù)降雨條件下，滲流場與孔隙壓力的變化規(guī)律，以期為山嶺重丘區(qū)高速公路排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

1 工程概況

洛三靈高速公路于2001年年底建成通車，自建成運(yùn)營以來，交通流量持續(xù)上升，公路服務(wù)水平逐漸下降，需要改建擴(kuò)容。原洛三靈高速公路采用填方和挖方相結(jié)合的建設(shè)方案，按山嶺重丘區(qū)高速公路建設(shè)，路基寬23.5 m，其中中央分隔帶2 m，左側(cè)路緣帶2×0.5 m，行車道2×2×3.75 m，硬路肩2×2.5 m，土路肩2×0.75 m。路面橫坡為2%，路肩橫坡為3%，圖1所示為原路基橫斷面圖示意圖(圖中只給出了路基斷面右半側(cè)圖)。為了提高公路的服務(wù)水平，擴(kuò)建時采用單側(cè)整體式加寬、單側(cè)分離式加寬和雙側(cè)整體式加寬相結(jié)合的建設(shè)方案，將原來的雙向四車道改擴(kuò)建為標(biāo)準(zhǔn)的雙向八車道。

圖1 原洛三靈高速公路路基斷面示意圖Fig.1 Schematic diagram of subgrade section of original Luoyang-Sanmenxia-Linbao expressway

該工程所在區(qū)域年平均降水量為600～700 mm，多集中在7—9月份，占全年降水量的50%以上。原洛三靈高速公路路基填方段采用集中排水方式；挖方段采用分散排水方式；中央分隔帶有頂面敞開和封閉兩種形式。在運(yùn)行期間，該高速公路部分高填方段排水溝淤泥較多，路塹截水溝有水毀現(xiàn)象。而且，中央分隔帶底部的土工防水材料逐漸老化，出現(xiàn)了儲存于中央分隔帶底部的水分逐漸滲入到路面結(jié)構(gòu)或路基土壤中的現(xiàn)象。在該改擴(kuò)建工程中，路基、路面排水問題是該改擴(kuò)建工程重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。

2 滲流分析基本原理

本文采用巖土工程分析軟件GeoStudio中的SEEP/W模塊，對改擴(kuò)建后的洛三靈高速公路典型填方路基和挖方路基進(jìn)行了二維數(shù)值模擬。SEEP/W是基于有限元方法進(jìn)行土體滲流分析的數(shù)值模擬軟件，能夠很好地分析非飽和土滲流方面的問題[16]。

2.1 降雨入滲過程分析

降雨入滲是一個動態(tài)的、隨時間和空間變化的過程[14]。雨水的入滲量受降雨強(qiáng)度、降雨歷時、土壤的滲透性能、初始土壤含水率、入滲面坡度、植被情況等諸多因素的影響。當(dāng)降雨強(qiáng)度超過土壤的入滲能力時，地表面將產(chǎn)生徑流或積水，土壤內(nèi)部形成不斷擴(kuò)大的飽和區(qū)。一般降雨入滲過程可分為兩個階段：開始時，地表的含水率梯度很大，入滲率也很高；隨著入滲的進(jìn)行，含水率梯度不斷減小，入滲率也不斷降低，當(dāng)小于降雨強(qiáng)度時，開始形成地表徑流或積水。

圖2 入滲概念模型Fig.2 Rainfall infiltration concept model

在理論分析中，通常將降雨模型可分為顯著泊松過程的瞬態(tài)降雨模型和遵循隨機(jī)矩形脈沖的有限持續(xù)降雨模型[15]。其中，瞬態(tài)降雨模型假設(shè)降雨量不會引起地表徑流，所降雨水直接被土壤吸收；有限持續(xù)降雨模型考慮了降雨產(chǎn)生的徑流現(xiàn)象。本文在分析中采用了后者。

2.2 滲流分析基本理論

滲流分析的基本理論公式為達(dá)西定律, 如式(1)所示：

(1)

式中，q為單位體積的流量；k為滲透系數(shù)；i為總水頭梯度。

二維滲流條件下的滲流控制微分方程如式(2)所示：

(2)

式中，H為總水頭；kx為x方向的滲透系數(shù)；ky為y方向上的滲透系數(shù)；Q為施加的邊界流量；θ為單位體積含水量；t為時間。

單位體積含水量的變化?θ與孔隙水壓力的變化?uw可用如下關(guān)系表示[16]：

(3)

式中，mw為儲水曲線的斜率。最后被用于SEEP/W有限元公式中的控制方程為[11]：

(4)

上式中，γw為水的體積質(zhì)量。

對控制方程應(yīng)用加權(quán)余量的伽遼金方法，可以得到二維滲流方程的有限元格式：

(5)

式中，B為插值函數(shù)梯度矩陣；C為單元滲透系數(shù)矩陣；H為節(jié)點(diǎn)水頭向量；N為插值函數(shù)向量；q為穿過單元邊界的單位流量；τ為單元厚度；t為時間；λ為存儲項(xiàng)，對瞬態(tài)滲流等于mwγw；A為單元面積；L為單元邊界長度。

3 擴(kuò)建路基降雨滲流數(shù)值模擬

3.1 計(jì)算模型概述

本文選取連霍高速公路洛三靈路段中典型填方路基和挖方路基進(jìn)行持續(xù)降雨滲流分析，計(jì)算了持續(xù)降雨24 h過程中，路基土中滲流場和孔隙壓力的變化情況。在數(shù)值模擬中，結(jié)合地勘資料同時為了便于計(jì)算和分析本文作了如下假定：(1)不考慮水汽蒸發(fā)及雨水流失；(2)路基土均質(zhì)且各向同性；(3)初始水位線為直線；(4)數(shù)值模擬中的路基結(jié)構(gòu)左右對稱。

填方段和挖方段的數(shù)值模型分別如圖3(a)和(b)所示，整個模型長60.44 m。填方路面最高點(diǎn)(中央分隔帶所在位置)距模型底部距離為12.635 m。行車道、路肩及中央分隔帶共計(jì)41 m，其中，中央分隔帶為3.5 m，路肩為2×3.75 m，行車道為2×15 m，行車道的橫坡坡度為2%。路基邊坡坡度1∶1.5，填高2 m。排水溝深1 m，底部寬0.75 m，排水溝邊坡坡度為1∶1。排水溝到路基邊坡坡腳和模型邊界的距離均為2 m。挖方路面最高點(diǎn)距模型底部距離為8.635 m。行車道、路肩、中央分隔帶尺寸及行車道的橫坡坡度均和填方路基一樣。邊溝深1 m，底部寬1 m，邊溝邊坡坡度為1∶0.75。邊溝內(nèi)側(cè)緊挨土路肩。距邊溝外側(cè)2.5 m，是開挖路基形成的邊坡，邊坡坡度1∶0.75，挖深8 m，邊坡最高點(diǎn)距模型底部的距離為15.16 m。填方路基和挖方路基的初始水位線都設(shè)在距邊溝或排水溝底部1 m處的路基土中。

圖3 路基計(jì)算模型Fig.3 Calculation models of subgrade

根據(jù)排水規(guī)范[17]，平均降雨強(qiáng)度取5.15×10-6m；路基土飽和體積含水量為0.47%；體積壓縮系數(shù)為0.001 5 kPa-1；飽和滲透系數(shù)為5×10-6m/s；地基土水土特征曲線和水力傳導(dǎo)曲線分別如圖4、圖5所示，瀝青面層設(shè)為不透水層。

圖4 路基土水土特征曲線Fig.4 Soil water characteristic curve of subgrade soil

圖5 路基土水力傳導(dǎo)曲線Fig.5 Hydraulic conductivity curve of subgrade soil

3.2 計(jì)算結(jié)果與分析

計(jì)算結(jié)果如圖6、圖7所示，分別給出了每隔8 h 填方路基和挖方路基土中滲流場和孔隙壓力的狀態(tài)。

由圖6、圖7路基中滲流場的變化可知，中央分隔帶、路肩、排水溝或邊溝、路基邊坡是雨水滲入路基的主要通道，為防止雨水大量進(jìn)入路基內(nèi)部，應(yīng)著重解決以上部位的排水問題。降雨初期，路基中的滲流主要是降雨引起的垂直滲流，除了行車道表面，所降雨水都能滲入到路基內(nèi)部。隨著降雨時間增加，路肩及中央分隔帶區(qū)域提前進(jìn)入飽和狀態(tài)，而行車道下面還處于負(fù)孔隙水壓力狀態(tài)，這時會在路基中出現(xiàn)因水位差引起的水平滲流。持續(xù)降雨還會在路基表面出現(xiàn)徑流現(xiàn)象，雨水沿著路基表面不斷向低處匯流，最后進(jìn)入排水溝或邊溝。如果進(jìn)入到排水溝或邊溝中的水不能順利被排走，雨水浸泡路基，對路基穩(wěn)定性非常不利，所以在持續(xù)降雨的條件下排水溝或邊溝具有良好的排水能力非常重要。

圖6 填方路基滲流場和孔隙壓力隨降雨時間的變化情況(單位：kPa)Fig.6 Seepage fleld and pore pressure of filling subgrade varying with rainfall time (unit: kPa)

圖7 挖方路基滲流場和孔隙壓力隨降雨時間的變化情況(單位：kPa)Fig.7 Seepage fleld and pore pressure of excavating subgrade varying with rainfall time (unit: kPa)

由圖6、圖7路基中孔隙壓力和水位線的變化可知，降雨0小時(即沒有降雨)時，水位線為初始水位線。位于水位線之上的路基土存在負(fù)孔隙水壓力，距初始水位線越遠(yuǎn)的路基土，其內(nèi)負(fù)孔隙水壓力越大。持續(xù)降雨時，隨著降雨時間的增加，水位線逐漸上移，存在負(fù)孔隙水壓力的路基土區(qū)域不斷縮小。不同部位水位線上升的速度也不一樣，排水溝或邊溝下面的水位線上升速度最快。行車道表面由于鋪設(shè)了不易透水的瀝青材料，降雨引起的垂直入滲很難引起行車道下面的水位線上升。

為詳細(xì)研究持續(xù)降雨過程中，路基土中孔隙水壓力隨降雨時間的變化情況。本文分別給出了如圖8所示的填方路基和挖方路基幾個典型斷面中孔隙水壓力隨降雨時間的變化情況。計(jì)算結(jié)果分別如圖9、圖10所示。

圖8 所取斷面Fig.8 Selected sections

圖9(a)表示填方段路基1-1斷面各點(diǎn)孔隙水壓力隨降雨時間的變化情況。沒有降雨時，該斷面各點(diǎn)的孔隙水壓力均為-10 kPa。持續(xù)降雨4 h后，排水溝底部的孔隙水壓力最先由負(fù)值變?yōu)檎?，該區(qū)域也是整個路基中孔隙水壓力最大的區(qū)域。隨著降雨時間繼續(xù)增加，最大孔隙水壓力區(qū)域逐漸由排水溝轉(zhuǎn)移到兩側(cè)的路肩中，持續(xù)降雨超過8 h后，路肩兩側(cè)對應(yīng)的1-1斷面上的區(qū)域孔隙水壓力最大。在整個降雨過程中行車道對應(yīng)的1-1斷面上的區(qū)域始終處于負(fù)孔隙水壓力狀態(tài)，且孔隙水壓力變化很小。如圖10(a)所示，挖方路基1-1斷面中各點(diǎn)孔隙水壓力隨降雨時間的變化情況和填方路基基本一樣，所不同的是隨著持續(xù)降雨時間的增加，開挖路基形成的邊坡內(nèi)孔隙水壓力最大。這說明隨著降雨時間的增加，挖方路基處的邊坡很容易發(fā)生破壞，在設(shè)計(jì)和施工時應(yīng)多注意其在持續(xù)降雨情況下的穩(wěn)定性。

圖9 填方段路基所取斷面孔隙水壓力隨持續(xù)降雨時間的變化情況Fig.9 Pore water pressure of selected section of filling subgrade varying with rainfall time

圖10 挖方段路基所取斷面孔隙水壓力隨持續(xù)降雨時間的變化情況Fig.10 Pore water pressure of selected section of excavating subgrade varying with rainfall time

由圖9(b)和圖10(b)可知，持續(xù)降雨4 h之后，除路基表面，填方路基和挖方路基2-2斷面各點(diǎn)處孔隙水壓力均大于0。隨著降雨時間的增加，2-2斷面各點(diǎn)處孔隙水壓力的連線由曲線逐漸變?yōu)橹本€，這說明在降雨過程中該斷面處路基土逐漸由非飽和狀態(tài)向飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)變。

圖9(c)和圖10(c)分別表示填方段路基和挖方段路基行車道中間位置縱斷面各點(diǎn)的孔隙水壓力隨降雨時間的變化情況。由圖可知：在路面無滲水到路基的情況下，3-3斷面路基土的孔隙水壓力幾乎不受降雨的影響。

圖9(d)和圖10(d)分別表示填方路基和挖方路基中央分隔帶中間位置縱斷面各點(diǎn)孔隙水壓力隨降雨時間的變化情況。由圖可知：降雨初期路面孔隙水壓力就為0，但靠近路面的路基土中在降雨初期呈負(fù)孔隙水壓力狀態(tài)，并隨著降雨時間的增加，逐漸由負(fù)孔隙水壓力向正孔隙水壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變。由于填方道路表面距初始水位線較挖方道路遠(yuǎn)，在本研究給定的降雨條件下，填方道路中央分隔帶總有一部分路基土始終處于負(fù)孔隙水壓力狀態(tài)。

4 結(jié)論

本文以連霍高速公路洛三臨路段的改擴(kuò)建工程為背景，對山嶺重丘區(qū)高速公路典型填方路基和挖方路基的持續(xù)降雨滲流問題進(jìn)行數(shù)值模擬，主要得到以下結(jié)論：

(1)降雨初期，路基中的滲流主要是降雨引起的垂直滲流；隨著降雨時間的增加，伴隨垂直滲流的還有水位差引起的水平滲流。

(2)在本研究中，瀝青路面被設(shè)為不透水層，在給定的降雨條件下，無論是填方段路基還是挖方段路基，中央分隔帶、路肩、排水溝或邊溝、路基邊坡均是降雨入滲的主要通道，而行車道中間位置受降雨的影響很小。為防止雨水大量進(jìn)入路基內(nèi)部，在設(shè)計(jì)和施工時應(yīng)著重注意以上位置排水系統(tǒng)的防、排水能力。

[1] 李永祥. 道路改擴(kuò)建工程綜合排水系統(tǒng)研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2010.

LI Yong-xiang. Study on Integrated Drainage System in Road Reconstruction and Extension [D]. Xi’an: Chang’an University, 2010.

[2] 鄧云潮. 高速公路擴(kuò)寬路基綜合防排水系統(tǒng)研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2012.

DENG Yun-chao. Study on Integrated Drainage System in Road Reconstruction and Widening[D]. Xi’an: Chang’an University, 2012.

[3] 李慶賀. 山區(qū)高速公路路基排水技術(shù)研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2010.

LI Qing-he. Reseach of Freeway Subgrade Drainage Technology in Mountain Areas [D]. Xi’an: Chang’an University, 2010.

[4] 沈波. 山區(qū)公路排水系統(tǒng)災(zāi)害評價方法及指標(biāo)體系研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2006.

SHEN Bo. Study on the Risk Evaluation of Rainfall Drainage System of Mountainous Highway[D]. Xi’an: Chang’an University, 2006.

[5] 沈波，艾翠玲. 我國山區(qū)公路排水問題及水毀調(diào)查分析[J].公路交通科技，2010,23(10):5-9.

SHEN Bo, AI Cui-ling. Mountain Area Highway Drainage and Water Damage Survey and Analysis [J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2006,23(10):5-9.

[6] 沈波，田偉平，郭平，等. 多雨土石山區(qū)高速公路排水系統(tǒng)水毀及防治[J]. 長安大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2005,25(6):29-33.

SHEN Bo, TIAN Wei-ping, GUO Ping, et al. Prevention of Highway Drainage System Destruction in Pluvial Mountain Area[J]. Journal of Chang’an University：Natural Science Edition, 2006,25(6):29-33.

[7] 鄢啟和. 山區(qū)高速公路排水系統(tǒng)的水毀現(xiàn)象及處治措施[J].公路，2010(4):186-191.

YAN Qi-he. Damag Phenomenon and Treatment Measures for Mountain Expressway Drainage System[J]. Highway, 2010(4):186-191.

[8] 趙文丁. 吉林省東部山區(qū)公路水毀調(diào)查及防治[J]. 路基工程，2012(6):38-41.

ZHAO Wen-ding. Survey and Prevention of Water Damage to Highway in the Eastern Mountainous Area in Jilin Province[J]. Subgrade Engineering, 2012 (6):38-41.

[9] 楊俊峰. 黃土路堤高速公路加寬工程中的水毀防治措施[J]. 西部交通科技，2010(4): 32-35.

YANG Jun-feng. Flood Damage Control in Widen Construction Project of Highway in Yellow Soil Conditions[J]. Western China Communications Science & Technology, 2010(4): 32-35.

[10]張波，譚劍松，高曙光. 多雨山區(qū)高速公路排水設(shè)計(jì)淺析[J]. 華東公路，2008(3): 51-56.

ZHANG Bo, TAN Jian-song, GAO Shu-guang. Analysis of Drainage Design of Rainy Mountain Expressway [J]. East China Highway, 2008 (3): 51-56.

[11]楊宏志，許金良，高超，等. 基于GIS 的山區(qū)高速公路排水建模與設(shè)計(jì)方法[J]. 中國公路學(xué)報(bào)，2011，24(4): 26-32.YANG Hong-zhi, XU Jin-liang, GAO Chao, et al. Drainage Modeling and Design Method of Mountainous Expressway Based on GIS[J]. China Journal of Highway and Transport, 2011,24(4): 26-32.

[12]沈水進(jìn). 公路水毀機(jī)理與決策系統(tǒng)研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2008.

SHEN Shui-jin. Mechanism of Highway Flood Damage and Decision System Research[D]. Hangzhou: Zhejing University, 2012.

[13]李煥強(qiáng). 臺風(fēng)暴雨引發(fā)公路水毀特征與邊坡水毀機(jī)理[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2008.

LI Huan-qiang. Charaeteristics of Road Water Damage and Mechanism of Slope Failure Caused by Typhoon Rainstorm[D]. Hangzhou: Zhejing University, 2008.

[14]張林洪. 山區(qū)公路工程地質(zhì)環(huán)境中的水滲流機(jī)制研究[D]. 昆明：昆明理工大學(xué)，2006.ZHANG Lin-hong. Study on Water Seepage Mechanism in Highway Engineering Geology Environment[D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2006.[15]RIGBY J R, PORPORATO A. Simplified Stochastic Soil-moisture Models: a Look at Infiltration [J]. Hydrology and Earth System Sciences, 2006,3(4):861-871 .

[16]GEO-SLOPE International Ltd. Seepage Modeling with SEEP/W 2007: An Engineering Methodology [M]. 3rd ed. Calgary, Canada: GEO-SLOPE International Ltd., 2008.

[17]JTC/T D332012, 公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

JTC/T D332012, Specifications for Drainage Design of Highway[S].

Numerical Simulation of Subgrade Persistent Rainfall Seepage of Reconstructed Highway in Mountainous and Heavy-hilly Area

MA Nian-zu1，JIAN De-lin1，DAI Yu-li1，WANG Kun-peng1，WANG Hui-dong2

(1. Henan Provincial Hongyang Expressway Co., Ltd., Sanmenxia Henan 472000, China;2. School of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100022, China)

The seepage problem of typical fill-subgrade and cut-subgrade in Luoyang-Sanmenxia-Linbao section of Lianyungang-Huoerguosi expressway caused by persistent rainfall are numerical simulated by software Geo-Studio, and the variations of seepage field and pore-pressure of subgrade during the rainfall duration are analyzed. The calculation results show that (1)the subgrade area with negative pore pressure is steadily shrunk and the stability of subgrade is gradually getting worse and worse with the increase of rainfall time; (2) at the beginning of rainfall, the form of seepage in the subgrade is mainly vertical seepage caused by rain, subsequently, horizontal seepage induced by water-head difference arises along with vertical seepage; (3) more attention should be paid to the slope stability of highway soil subgrade under the condition of persistent rainfall.

road engineering; highway in mountain area; numerical simulation; rainfall infiltration; subgrade

2014-12-14

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51339006)

馬年祖(1965-)，男，河南三門峽人，工學(xué)碩士，高級工程師.(726432253@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-0268.2016.09.006

U416.05；U418.5+4

A

1002-0268(2016)09-0031-07