多年凍土塊石通風(fēng)路基溫度場數(shù)值模擬與分析.pdf

1、由于凍土是對溫度變化特別敏感的特殊工程土類，因此如何采取有效的措施和路基形式以改變路基土體本身的水熱狀況，減小路基土體對其下部多年凍土的影響，從而保證路基的穩(wěn)定，己成為了各國凍土工程研究者的研究對象。 本文按照外部氣候條件、凍土內(nèi)在因素以及公路工程特點，對凍土路基溫度場的影響因素做了分析，并對近年來的多年凍土地區(qū)路基修筑新技術(shù)做了相應(yīng)介紹；根據(jù)熱傳導(dǎo)微分方程應(yīng)用顯熱容法建立了含相變的普通路基非穩(wěn)態(tài)溫度場有限元分析模型；根據(jù)多孔介

2、質(zhì)中流體熱對流的連續(xù)性方程、動量方程和能量方程使用Boussinesq近似建立了耦合的非線性的塊石通風(fēng)路基溫度場有限元計算模型；對同一地區(qū)的普通路基和塊石通風(fēng)路基溫度場進(jìn)行了有限元計算，比較了同期兩種路基的溫度場，比較了不同時期塊石層內(nèi)的速度場，對塊石通風(fēng)路基的工作原理進(jìn)行了分析；對不同塊石層厚度、粒徑、埋設(shè)位置以及年均地溫下的塊石通風(fēng)路基進(jìn)行了數(shù)值模擬，并進(jìn)行了同期溫度場比較，詳細(xì)分析了不同結(jié)構(gòu)形式對凍土保護(hù)效果的影響及塊石路基的適用

3、條件。 研究表明：塊石通風(fēng)路基具有較好的保護(hù)多年凍土的效果，能夠隨著時間的推移而彌補(bǔ)因施工等造成凍土條件的改變；在暖季時，塊石層內(nèi)的對流換熱向上，傳入地中的熱量較少，在冷季時，對流換熱向下，較多的冷量可以傳入地基中，從而使得塊石路堤的綜合效果是冷量輸入大于熱量輸入；塊石層越厚，路基下的凍土越穩(wěn)定，隨著塊石層厚度的增大，相鄰厚度塊石路基之間的溫度差值在逐漸減小，因此本文認(rèn)為塊石層的合理厚度應(yīng)為0.9m～1.5m；不同塊石粒徑通風(fēng)路

4、基均能較好地保護(hù)凍土，且粒徑越大效果越顯著，建議選用10cm以上粒徑的塊石，更有利于凍土的穩(wěn)定；塊石層埋設(shè)位置對塊石通風(fēng)路基的影響較大，埋設(shè)位置越低，對凍土的保護(hù)作用越強(qiáng)，因此為了能夠最大限度地發(fā)揮路基中塊石層的作用，塊石層宜直接埋設(shè)于地面上；對于不同年均地溫地區(qū)，塊石路基都充分發(fā)揮了主動保護(hù)凍土的作用，它能夠相應(yīng)地抬升凍土上限，消除修筑路基對基底凍土的影響，從而保持凍土穩(wěn)定，減小路基體的破壞，因此是一種廣泛適合各種穩(wěn)定類型凍土地區(qū)的結(jié)