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1、第三章第三章 环境因素分析环境因素分析第三章第三章 环境因素分析环境因素分析n n第一节 公路自然区划n n第二节 路基湿度状况分析n n第三节 路面温度状况分析第一节第一节 公路自然区划公路自然区划n n为了区分各地自然区域的筑路特性，经过长期研究，制定为了区分各地自然区域的筑路特性，经过长期研究，制定了公路自然区划标准，见图了公路自然区划标准，见图31(31(见教材）。见教材）。 n n一、区划的原则与分级 1、区划原则 （1 1）道路工程特征相似的原则道路工程特征相似的原则（2 2）地表气候区划差异性的原则地表气候区划差异性的原则（3 3）自然气候因素既有综合又有主导作用的原则自然气候因
2、素既有综合又有主导作用的原则 n n2 2、区划分级区划分级 n n（1 1）一级区划）一级区划 n n 以两条均温等值线：全年均温以两条均温等值线：全年均温22等值线和一月份均等值线和一月份均温温00等值线；两条等高线：等值线；两条等高线：1000m1000m和和3000m3000m作为一级区划作为一级区划的标志，将全国分成七个一级区，见表的标志，将全国分成七个一级区，见表3-13-1代号代号一一级级区名区名平均温度平均温度()()平均最大平均最大冻冻深深(cm)(cm)潮湿系数潮湿系数K K地形地形阶阶梯梯土土质带质带I I北部多年北部多年冻冻土土区区全年全年2 22002000.51.0
3、00.51.00东东部部1000m1000m等等高高线线两两侧侧棕粘性土棕粘性土II II东东部湿部湿润润季季冻冻区区1 1月月0 010200102000.51.000.51.00东东部部1000m1000m等等高高线线以以东东棕粘性土棕粘性土, ,黑粘黑粘性土性土, ,冲冲击击土土, ,软软土土IIIIII黄土高原干湿黄土高原干湿过过渡区渡区1 1月月0 020140201400.251.000.251.00东东部部1000m1000m等等高高线线以西以西, ,西南西南3000m3000m等高等高线线以以东东黄土黄土IVIV东东南湿南湿热热区区1 1月月0 0全年全年14261426101
4、01.002.251.002.25东东部部1000m1000m等等高高线线以以东东黄棕粘土黄棕粘土, ,红红粘粘性土性土, ,软软土土V V西南潮湿区西南潮湿区1 1月月0 0全年全年1422142220201.002.001.002.00东东部部1000m1000m等等高高线线以西以西, ,西南西南30003000等高等高线线以以东东紫粘土紫粘土, ,红红色石色石灰土灰土, ,砖红砖红粘性粘性土土VIVI西北干旱区西北干旱区1 1月月0 0山区垂直分布山区垂直分布东东部部100250,100250,西部西部4010040100东东部部0.250.5,0.250.5,西部西部005005东东部
5、部1000m1000m等等高高线线以西以西, ,西南西南3000m3000m等高等高线线以北以北栗粘性土栗粘性土, ,砂砂砾砾土土, ,碎石土碎石土VIIVII青藏高寒区青藏高寒区1 1月月0 0除南端外除南端外40250402500.251.500.251.50西南西南3000m3000m等等高高线线以北以北砂砂砾砾土土, ,软软土土n n（2 2）二级区划）二级区划n n二级区划以潮湿系数为主要区分标志二级区划以潮湿系数为主要区分标志 。n n在在7 7个一级区划内进一步分为个一级区划内进一步分为3333个二级区和个二级区和1919个副区（亚个副区（亚区），具体见公路自然区划标准。潮湿系数
6、区），具体见公路自然区划标准。潮湿系数K K为年降为年降水量（水量（mmmm）与年蒸发量（）与年蒸发量（mmmm）的比值，按区内的）的比值，按区内的K K值大小值大小分为六个等级，见表分为六个等级，见表3232表示。表示。n n（3 3）三级区划）三级区划n n三级区划是二级区划的进一步划分。三级区划是二级区划的进一步划分。 名称名称过过湿区湿区中湿区中湿区润润湿区湿区润润干区干区中干区中干区过过干区干区K K2.002.002.001.502.001.501.501.001.501.001.000.501.000.500.500.250.500.250.250.25二、各自然区划的筑路特点（
7、1 1）I I区区北部多年冻土区北部多年冻土区：防止：防止翻浆，应采取换土、翻浆，应采取换土、稳定土、砂垫层等处理方法。稳定土、砂垫层等处理方法。 （2 2）区区东部温润季冻区东部温润季冻区：防止翻浆和冻胀防止翻浆和冻胀 。（3 3）区区黄土高原干湿过渡区黄土高原干湿过渡区：黄土对水分的敏感黄土对水分的敏感性，干燥土基强度高、稳定性好性，干燥土基强度高、稳定性好 。（4 4）区区东南湿热区东南湿热区：防止：防止水毁、冲刷、滑坡水毁、冲刷、滑坡 。（5 5）V V区区西南潮暖区西南潮暖区：充分利用当地材料筑路充分利用当地材料筑路 。（6 6）区区西北干旱区西北干旱区：沥青面层材料应具有良好的沥青
8、面层材料应具有良好的防透水性防透水性 ；砂石路面经常出现松散，搓板和波浪现象砂石路面经常出现松散，搓板和波浪现象 。（7 7）区区青藏高寒区青藏高寒区：须按保温原则设计须按保温原则设计 。第二节第二节 路基湿度状况分析路基湿度状况分析n n一、路基湿度的来源（1 1）大气降水大气降水 （2 2）地面水）地面水 （3 3）地下水）地下水 （4 4）毛细水）毛细水 （5 5）水蒸汽凝结水）水蒸汽凝结水 （6 6）薄膜移动水）薄膜移动水 二、路基湿度状况的预估n n1 1、按所属自然区划和路基潮湿类型估计、按所属自然区划和路基潮湿类型估计（1 1）干燥类干燥类（2 2）中湿类中湿类（3 3）潮湿类潮
9、湿类（4 4）过湿类）过湿类通过对各自然区划内不同潮湿类型路基的湿度状况进行广通过对各自然区划内不同潮湿类型路基的湿度状况进行广泛调查后，可编制出区分各类路基潮湿类型的临界高度，泛调查后，可编制出区分各类路基潮湿类型的临界高度，以及分界相对稠度值，表以及分界相对稠度值，表3333和表和表3434（见教材）列出其（见教材）列出其中一部分数值可供参考。中一部分数值可供参考。n n2 2、通过沿线的现场调查预估通过沿线的现场调查预估n n沿道路设计线，按自然地理特征的不同把全线分为若干段；沿道路设计线，按自然地理特征的不同把全线分为若干段；每一路段上选取几个断面，钻取试样，测定其含水量，并每一路段上
10、选取几个断面，钻取试样，测定其含水量，并进行土的特征含水量试验。由不同深度处土样的试验结果，进行土的特征含水量试验。由不同深度处土样的试验结果，点绘出相对含水量（相对于塑限、液限或最佳含水量）断点绘出相对含水量（相对于塑限、液限或最佳含水量）断面图，见图面图，见图3-23-2。n n3 3、通过对条件相似的现有道路的调查预估通过对条件相似的现有道路的调查预估三、大气温度及其对路基水温状况的影响n n 季节性冰冻地区易发生冻胀与翻浆季节性冰冻地区易发生冻胀与翻浆 。这些地。这些地区的路基在冬季冻结的过程中会在负温度坡降的区的路基在冬季冻结的过程中会在负温度坡降的影响下，出现湿度积聚现象。积聚的水
11、冻结后体影响下，出现湿度积聚现象。积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现象。春暖化冻时，路面和路基结构由上而下逐渐象。春暖化冻时，路面和路基结构由上而下逐渐解冻，路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中解冻，路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成了翻浆冒出，形成了翻浆 。n n 对于渗透性较高的砂性土以及渗透性很低的对于渗透性较高的砂性土以及渗透性很低的粘性土，水分都不容易积聚，因此不易发生冻胀粘性土，水分都不容易积聚，因此不易发生冻胀与翻浆与翻浆 。四、路基干湿类型1 1、路基按其干湿状态不同，分为四类：路基按其干湿状态不同，
12、分为四类：干燥、中干燥、中湿、潮湿和过湿湿、潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定。为了保证路基路面结构的稳定性，一般要求路基处于性，一般要求路基处于干燥干燥或或中湿中湿状态。状态。2 2、路基临界高度路基临界高度H:H:与分界稠度相对应的路基离地与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表积水水位的高度下水位或地表积水水位的高度。 3 3、稠度稠度wcwc定义定义: :土的含水量土的含水量w w与土的液限与土的液限wLwL之差与之差与土的塑限土的塑限wpwp与液限与液限wLwL之差的比值。之差的比值。 下表下表所列区划界限确定道路所属的路基干湿类型：所列区划界限确定道路所属的路基干湿类型： 路基干
13、湿类型路基干湿类型路基干湿类型路基干湿类型 路基平均稠度路基平均稠度路基平均稠度路基平均稠度 与分界相与分界相与分界相与分界相对稠度的关系对稠度的关系对稠度的关系对稠度的关系 一一一一 般般般般 特特特特 性性性性 干燥干燥干燥干燥 路基干燥稳定路基干燥稳定路基干燥稳定路基干燥稳定, , , ,路面强度和稳定性不受地下路面强度和稳定性不受地下路面强度和稳定性不受地下路面强度和稳定性不受地下水和地表水的影响。路基高度水和地表水的影响。路基高度水和地表水的影响。路基高度水和地表水的影响。路基高度H H H HH H H H1 1 1 1 中湿中湿中湿中湿 WcWc1 1 WcWc2 2 路基上部土
14、层处于地下水或地表水影路基上部土层处于地下水或地表水影路基上部土层处于地下水或地表水影路基上部土层处于地下水或地表水影响的过渡带区内响的过渡带区内响的过渡带区内响的过渡带区内, , , ,路基高度路基高度路基高度路基高度H H H H2 2 2 2H H H HH H H H1 1 1 1 潮湿潮湿潮湿潮湿 WcWc2 2 WcWc3 3 路基上部土层处于地下水或地表水毛路基上部土层处于地下水或地表水毛路基上部土层处于地下水或地表水毛路基上部土层处于地下水或地表水毛细影响区内细影响区内细影响区内细影响区内, , , ,路基高度路基高度路基高度路基高度H H H H3 3 3 3H H H HH
15、 H H H2 2 2 2 过湿过湿过湿过湿 WcWc3 3 路基不稳定、冰冻区春融翻浆路基不稳定、冰冻区春融翻浆路基不稳定、冰冻区春融翻浆路基不稳定、冰冻区春融翻浆, , , ,非冰冻非冰冻非冰冻非冰冻区雨季软弹区雨季软弹区雨季软弹区雨季软弹, , , ,路基经处理后方可铺筑路路基经处理后方可铺筑路路基经处理后方可铺筑路路基经处理后方可铺筑路面，路基高度面，路基高度面，路基高度面，路基高度H H H HH H H H3 3 3 3 Wc1 对于新建道路可以用路基临界高度作为判别标准对于新建道路可以用路基临界高度作为判别标准，n n（1 1）H H1 1相对应于相对应于WcWc1 1，为干燥和
16、中湿状态的分界标准；，为干燥和中湿状态的分界标准；n n（2 2）H H2 2相对应于相对应于WcWc2 2，为中湿与潮湿状态的分界标准；，为中湿与潮湿状态的分界标准；n n（3 3）H H3 3相对应于相对应于WcWc3 3，为潮湿和过湿状态的分界标准。，为潮湿和过湿状态的分界标准。n n当路基的地下水位或地表积水水位一定的情况下，路基的当路基的地下水位或地表积水水位一定的情况下，路基的湿度由下而上逐渐减小湿度由下而上逐渐减小, ,如图：如图：n n 第三节第三节 路面温度状况分析路面温度状况分析n n一、温度变化n n路表温度的周期性起伏，同气温的变化几乎完全路表温度的周期性起伏，同气温的
17、变化几乎完全同步。同步。 n n由于部分太阳辐射热被路面所吸收，路面的温度由于部分太阳辐射热被路面所吸收，路面的温度较气温高，面层结构内不同深度处的温度同样随较气温高，面层结构内不同深度处的温度同样随气温的变化而呈现周期性变化，但起伏的幅度则气温的变化而呈现周期性变化，但起伏的幅度则随深度的增加而减小，其峰值也随深度的增加而随深度的增加而减小，其峰值也随深度的增加而越来越滞后出现。越来越滞后出现。n n图图3-43-4和图和图3-53-5分别显示了夏季晴天的情况下沥青类面层和分别显示了夏季晴天的情况下沥青类面层和水泥混凝土面层温度的日变化观测结果。路表温度的周期水泥混凝土面层温度的日变化观测结
18、果。路表温度的周期性起伏，同气温的变化几乎完全同步。性起伏，同气温的变化几乎完全同步。 n n图图3-4 3-4 沥青面层温度日变化曲线沥青面层温度日变化曲线n n图图3-5 3-5 水泥混凝土面层温度日变化曲线水泥混凝土面层温度日变化曲线 n n路面结构内温度状况随深度而变化的情况，可以路面结构内温度状况随深度而变化的情况，可以更明显地从一天内不同时刻的路面温度随深度分更明显地从一天内不同时刻的路面温度随深度分布的曲线图中看出，图布的曲线图中看出，图3-63-6即为水泥混凝土面层的即为水泥混凝土面层的一个实例。一个实例。 n n温度沿深度一般呈曲线分布。顶面和底面之间的温度坡差温度沿深度一般
19、呈曲线分布。顶面和底面之间的温度坡差（或称梯度），在一天内经历了由负（顶温低于底温）到（或称梯度），在一天内经历了由负（顶温低于底温）到正（顶温高于底温）再到负的循环变化，具有同气温变化正（顶温高于底温）再到负的循环变化，具有同气温变化近乎同步的周期性特点，见图近乎同步的周期性特点，见图3-73-7。通常在早晨某一时刻。通常在早晨某一时刻（例如（例如8 8：0000）梯度接近于零，午后某时刻（例如）梯度接近于零，午后某时刻（例如1313：00001414：0000）正温差达到最大值，而在凌晨某时刻（例如）正温差达到最大值，而在凌晨某时刻（例如3 3：00005 5：0000）负温差达到最大值。
20、）负温差达到最大值。n n图图3-7 3-7 水泥混凝土面层温度梯度日变化曲线水泥混凝土面层温度梯度日变化曲线 n n云和雨对面层温度状况有很大的影响，特别在接近表面处。云和雨对面层温度状况有很大的影响，特别在接近表面处。云层遮住太阳时路面受到的辐射热降低，因而多云天气的云层遮住太阳时路面受到的辐射热降低，因而多云天气的面层温度日变化曲线出现局部波动，有许多小峰值。雨天面层温度日变化曲线出现局部波动，有许多小峰值。雨天时，日气温变动很小，面层内各深度处的温度日变化曲线时，日气温变动很小，面层内各深度处的温度日变化曲线也波动很小，并且气温始终低于面层内温度，见图也波动很小，并且气温始终低于面层内
21、温度，见图3-83-8。n n图图3-8 3-8 雨天时沥青路面温度变化曲线雨天时沥青路面温度变化曲线n n除了日变化之外，面层不同深度处的温度还随气温而经历除了日变化之外，面层不同深度处的温度还随气温而经历着年变化，图着年变化，图3-93-9所示为沥青面层不同深度处的月平均气所示为沥青面层不同深度处的月平均气温变化的情况。可看出，平均气温为最高和最低的温变化的情况。可看出，平均气温为最高和最低的7 7月和月和1 1月份，面层的平均温度也相应为最高和最低值。月份，面层的平均温度也相应为最高和最低值。二、路面的温度状况n n自然气温每年和每月都发生周期性变化，与大气直接接触自然气温每年和每月都发
22、生周期性变化，与大气直接接触的路面表面温度也相应的发生周期性变化。路面表面温度的路面表面温度也相应的发生周期性变化。路面表面温度周期性起伏与气温的变化基本上是一致的。图周期性起伏与气温的变化基本上是一致的。图3-103-10示沥青示沥青路面中一天中的温度变化。可以看出，太阳辐射和气温对路面中一天中的温度变化。可以看出，太阳辐射和气温对沥青路面有极大的影响。沥青路面有极大的影响。 n n沥青路面结构内不同深度处的温度，同样随气温沥青路面结构内不同深度处的温度，同样随气温变化也呈现出周期性的变化，但变化的幅度随离变化也呈现出周期性的变化，但变化的幅度随离路表深度增大而减小。图路表深度增大而减小。图3-113-11示一个典型的温度示一个典型的温度随深度变化的情况。随深度变化的情况。 n n影响路面结构内温度状况有外部的和内在的两种因素。 外部：气候条件，例如气温、太阳辐射、风力、外部：气候条件，例如气温、太阳辐射、风力、降水量、蒸发量和冷凝作用等降水量、蒸发量和冷凝作用等 内在：从地球长波辐射热的散发和热的特性内在：从地球长波辐射热的散发和热的特性, ,包括包括路面材料和地基的热传导率、热容量、对辐射热路面材料和地基的热传导率、热容量、对辐射热的吸收的能力等。的吸收的能力等。
