黄土沟壑区路基防排水技术研究
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摘要
本文以黄延高速公路为依托工程，针对黄土沟壑区特殊的地形、地质及水文气候条件，对黄土沟壑区路基防排水技术开展了系统的研究，主要内容包括：
1．在深入分析黄土沟壑区地形、地质、降雨特征以及该区路基防排水病害成因的基础上，对路基防排水设计和施工进行了一般评价及模糊综合评价。
2．运用水文学、水力学理论，对黄土沟壑区路基防排水冲淤检验、设计降雨重现期、沟渠安全高度及明沟最大允许流速修正系数等设计参数进行了分析和补充完善：(1)针对黄土沟壑区的自然条件、排水设施类型、修复的难易程度等特点和使用要求，提出了黄土沟壑区路基地表排水设施的设计降雨重现期建议值和黄土沟壑区各级公路不同排水设施的安全高度建议值；(2)推导出考虑沟渠材料性质、断面型式及水深变化的明沟最大允许流速修正系数的计算公式，该式可根据渠道水力半径和壁面粗糙系数，直接计算修正系数的值；(3)对设计径流量计算中降雨强度和汇流时间的耦合问题进行了分析，并提出了相关参数的建议。
3．利用IDF数学模型和延安地区气象资料，拟合出了延安地区降雨强度公式，用于几种降雨强度公式的比较分析。根据坡面流理论，运用一维运动波模型，推导出了考虑黄土沟壑区地形地貌条件的坡面产流公式。
4．根据地下水动力学原理，对现有渗沟埋置深度的确定公式进行了分析评价，从路基正常工作状态出发，提出了考虑荷载作用深度及超高影响的单渗沟、双渗沟埋置深度计算公式。
5．对双渗沟间距和埋深的相互关系进行了分析，提出了双渗沟流量计算公式。在已有研究成果的基础上，根据渐变渗流浸润曲线方程，利用潜水及承压水渗流理论对渗沟设计流量的计算方法进行了补充和完善，并依托实体工程的现场观测结果，对计算方法进行了初步验证。
6．在总结现有公路、水利行业设计方法的基础上，提出了黄土沟壑区渗沟反滤层的设计方法。
7．针对黄土沟壑区特殊的自然条件，结合现行养护技术规范，提出了黄土沟壑区路基工后防排水养护技术及病害防治措施。
Depended on Huangling — Yan'an expressway, directed against special topography, geology and hydrometeorology conditions in loess donga, subgrade drainage technique is studied comprehensively, which includes the followings:
1. Based on the analysis of topography, geology, rain character and wreck cause of subgrade drainage, the paper gives commonly evaluation and fuzzy synthetically evaluation on design and construction of subgrade drainage in loess donga.
2. According to hydrology and hydraulics theory, designed indexes such as : rinse and silt test, design storm frequency, safety depth of ditches and revising coefficient of the greatest grant velocity of open channel are analyzed and perfected.
(1) Aimed at natural conditions in loess donga, the difference of ditch structure and the difficult degree of repair, proposed values of design storm frequency of ground drainage facility in loess donga is put forward, and proposed values for safety depth of all class roads and different sorts of ditches is presented; (2) A formula for revising coefficient on the greatest grant velocity of channel flow is presented, and the formula can calculate revising coefficient according to hydraulic radius and coefficient of roughness; (3 ) Based on the analysis of the coupling of rain intensity and convergence time of drainage, proposed values of parameter is given.
3. Using IDF mathematic model and rainfall materials of Yan'an, this paper deduces rain intensity formula to be used to compare with others. On the base of overland flow theory, by one-dimension kinetic wave model, the formula for overland flow is deduced, which includes configuration and land feature in loess donga.
4. Based on underground-water kinetics theory, the paper analyses existing formula for underground trench's depth, puts forward the formula for one or two underground trench's depth, which considers the influence of load depth and superelevation.
5. The relation between the interval and depth of double underground trench is studied, and the formula of flux for double underground trench is brought forward. Based on the current research results, proceeded from descent curve of gradual change seepage, with underground-water theory, calculating method of designed flux for underground trench is improved, and the method is tested by field observation
1．在深入分析黄土沟壑区地形、地质、降雨特征以及该区路基防排水病害成因的基础上，对路基防排水设计和施工进行了一般评价及模糊综合评价。
2．运用水文学、水力学理论，对黄土沟壑区路基防排水冲淤检验、设计降雨重现期、沟渠安全高度及明沟最大允许流速修正系数等设计参数进行了分析和补充完善：(1)针对黄土沟壑区的自然条件、排水设施类型、修复的难易程度等特点和使用要求，提出了黄土沟壑区路基地表排水设施的设计降雨重现期建议值和黄土沟壑区各级公路不同排水设施的安全高度建议值；(2)推导出考虑沟渠材料性质、断面型式及水深变化的明沟最大允许流速修正系数的计算公式，该式可根据渠道水力半径和壁面粗糙系数，直接计算修正系数的值；(3)对设计径流量计算中降雨强度和汇流时间的耦合问题进行了分析，并提出了相关参数的建议。
3．利用IDF数学模型和延安地区气象资料，拟合出了延安地区降雨强度公式，用于几种降雨强度公式的比较分析。根据坡面流理论，运用一维运动波模型，推导出了考虑黄土沟壑区地形地貌条件的坡面产流公式。
4．根据地下水动力学原理，对现有渗沟埋置深度的确定公式进行了分析评价，从路基正常工作状态出发，提出了考虑荷载作用深度及超高影响的单渗沟、双渗沟埋置深度计算公式。
5．对双渗沟间距和埋深的相互关系进行了分析，提出了双渗沟流量计算公式。在已有研究成果的基础上，根据渐变渗流浸润曲线方程，利用潜水及承压水渗流理论对渗沟设计流量的计算方法进行了补充和完善，并依托实体工程的现场观测结果，对计算方法进行了初步验证。
6．在总结现有公路、水利行业设计方法的基础上，提出了黄土沟壑区渗沟反滤层的设计方法。
7．针对黄土沟壑区特殊的自然条件，结合现行养护技术规范，提出了黄土沟壑区路基工后防排水养护技术及病害防治措施。
Depended on Huangling — Yan'an expressway, directed against special topography, geology and hydrometeorology conditions in loess donga, subgrade drainage technique is studied comprehensively, which includes the followings:
1. Based on the analysis of topography, geology, rain character and wreck cause of subgrade drainage, the paper gives commonly evaluation and fuzzy synthetically evaluation on design and construction of subgrade drainage in loess donga.
2. According to hydrology and hydraulics theory, designed indexes such as : rinse and silt test, design storm frequency, safety depth of ditches and revising coefficient of the greatest grant velocity of open channel are analyzed and perfected.
(1) Aimed at natural conditions in loess donga, the difference of ditch structure and the difficult degree of repair, proposed values of design storm frequency of ground drainage facility in loess donga is put forward, and proposed values for safety depth of all class roads and different sorts of ditches is presented; (2) A formula for revising coefficient on the greatest grant velocity of channel flow is presented, and the formula can calculate revising coefficient according to hydraulic radius and coefficient of roughness; (3 ) Based on the analysis of the coupling of rain intensity and convergence time of drainage, proposed values of parameter is given.
3. Using IDF mathematic model and rainfall materials of Yan'an, this paper deduces rain intensity formula to be used to compare with others. On the base of overland flow theory, by one-dimension kinetic wave model, the formula for overland flow is deduced, which includes configuration and land feature in loess donga.
4. Based on underground-water kinetics theory, the paper analyses existing formula for underground trench's depth, puts forward the formula for one or two underground trench's depth, which considers the influence of load depth and superelevation.
5. The relation between the interval and depth of double underground trench is studied, and the formula of flux for double underground trench is brought forward. Based on the current research results, proceeded from descent curve of gradual change seepage, with underground-water theory, calculating method of designed flux for underground trench is improved, and the method is tested by field observation
引文
[1] 中华人民共和国行业标准．《公路排水设计规范》(JTJ018-97)．人民交通出版社，1998
[2] 姚祖康．公路排水设计手册．人民交通出版社，2002
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