多年凍土區(qū)片塊石結(jié)構(gòu)路基降溫效果研究.pdf

1、“溫室效應(yīng)”和人類工程活動(dòng)加速了多年凍土的退化，導(dǎo)致多年凍土區(qū)的工程建設(shè)更加困難。為了增強(qiáng)多年凍土區(qū)公路路基的穩(wěn)定性，保護(hù)路基下部多年凍土，片塊石路基作為一種主動(dòng)降溫措施得到了廣泛應(yīng)用。但是，目前片塊石路基邊坡未進(jìn)行覆蓋處理，減弱了片塊石路基對(duì)多年凍土的保護(hù)作用；其次，針對(duì)片塊石路基降溫效果的大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作開(kāi)展的較少，尤其缺乏對(duì)其長(zhǎng)期作用效果的有效監(jiān)測(cè)。本論文通過(guò)片塊石路基降溫效果的室內(nèi)模型試驗(yàn)，結(jié)合野外試驗(yàn)路路基溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并

2、選取適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛯?duì)片塊石路基的溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，探討片塊石路基溫度場(chǎng)變化特征，揭示片塊石路基的降溫機(jī)理。為多年凍土區(qū)路基的設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，更好地保護(hù)路基下部多年凍土，減少多年凍土地區(qū)路基病害的發(fā)生，具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值和重要的工程意義。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）為了探索片塊石層的傳熱特性，通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)，對(duì)相同粒徑的片塊石層在不同的上邊界條件下降溫機(jī)理和降溫效果進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，在風(fēng)的作用下，封閉邊

3、界的片塊石層對(duì)外界的溫度變化不夠敏感，降溫速度較開(kāi)放邊界要慢，此時(shí)主要以自然對(duì)流為主，依靠?jī)?nèi)部空氣自然對(duì)流傳熱來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其底部土層的降溫效果；開(kāi)放邊界條件下，片塊石內(nèi)部主要以強(qiáng)制對(duì)流為主，依靠外界負(fù)溫環(huán)境下風(fēng)的作用在其內(nèi)部形成強(qiáng)制對(duì)流，以強(qiáng)制對(duì)流傳熱的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫的。
　?。?）依托青藏公路五道梁段片塊石路基實(shí)體觀測(cè)工程，對(duì)比分析了片塊石路基和普通路基的溫度場(chǎng)變化過(guò)程，驗(yàn)證了片塊石路基的主動(dòng)降溫效果。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，相對(duì)于一般填土路

4、基而言，片塊石路基很好地發(fā)揮了“熱二極管”效應(yīng)，寒季能增加路基的蓄冷量，暖季可以有效阻止外界熱空氣進(jìn)入路基，對(duì)于防止多年凍土融化、主動(dòng)保護(hù)凍土起到了積極有效的作用。
　?。?）基于多孔介質(zhì)不可壓縮流體的對(duì)流理論，建立了多年凍土區(qū)片塊石路基的對(duì)流換熱數(shù)值計(jì)算模型，并與野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，證明該模型是合理可靠的。利用該模型對(duì)片塊石路基的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，寒季片塊石層內(nèi)自然對(duì)流最強(qiáng)烈，內(nèi)部存在對(duì)流渦包，