考慮極端氣候的季凍區(qū)道路結構溫度場分布規(guī)律研究.pdf

1、道路結構長期處于自然環(huán)境的影響中,其內部的溫度分布受環(huán)境的影響不斷發(fā)生變化,我國53.5％的地區(qū)屬于季節(jié)性冰凍地區(qū),隨季節(jié)變化的溫度對道路結構的承載能力和使用性能有著顯著的影響,深入了解和掌握季凍區(qū)道路結構溫度場的分布特性具有重要的意義。然而,目前針對季節(jié)性冰凍地區(qū)尤其是東北地區(qū)道路結構溫度場分布規(guī)律及溫度場預估模型的研究還比較匱乏。與此同時,20世紀以來,由于全球氣候異常,極端氣候事件頻繁發(fā)生,而關于極端氣候對道路結構溫度場影響的研究

2、更是很少涉及。
　　針對上述問題,本文依托哈爾濱工業(yè)大學道路結構試驗臺,以季節(jié)性冰凍地區(qū)典型道路結構溫度場三年多的跟蹤觀測數(shù)據(jù)為基礎,開展了季節(jié)性冰凍地區(qū)道路結構溫度場分布規(guī)律及影響因素的研究,利用統(tǒng)計回歸方法建立了觀測點所在區(qū)域道路結構溫度場的預估模型,分析了哈爾濱極端氣候的分布規(guī)律,并探討了部分極端氣候要素對道路結構溫度場的影響。主要研究內容及成果如下:
　　(1)基于實測道路結構溫度、濕度及氣象資料數(shù)據(jù),分析了道路結構

3、在周期性變化的環(huán)境因素影響下溫度、溫度梯度、熱流密度、熱量等參數(shù)的時間域分布特性,得出了一年中道路結構日恒溫點的分布情況及變化規(guī)律;研究了道路結構冰凍線的發(fā)展變化,探討了道路結構在冰凍和融化過程中溫度和濕度的相互影響關系;討論了太陽輻射差異及積雪對路面溫度場的影響,通過對天然土層與路面罩層下不同深度的溫度及冰凍線的對比,分析了修筑道路結構對下層土體溫度場的影響。
　　(2)歸納了現(xiàn)有的溫度場預估模型,并應用實測數(shù)據(jù)對典型預估模型進

4、行了適用性分析,探究了預估模型的優(yōu)點及不足。在此基礎上,以氣溫、輻射作為參數(shù)建立了路表溫度預估模型、路基及路面溫度沿深度的預估模型,并對預估模型的預測效果進行了評價。結果顯示:該預估模型具有較高的精度,能夠準確模擬觀測點所在區(qū)域道路結構溫度場的一維分布。
　　(3)根據(jù)調研的歷史氣象資料,改進了現(xiàn)有極端氣候指數(shù),提出了與路面溫度場相關性更強的極端氣候指數(shù),并分析了其所屬的 GEV分布模型;借助GEV分布模型確定了各項極端氣候指數(shù)的

5、閾值,通過閾值,對1951-2011年的極端氣溫、極端降水、變溫速率進行了統(tǒng)計分析,得出了其分布規(guī)律的變化。在此基礎上,分析了極端低溫、持續(xù)低溫對道路結構溫度及冰凍線的影響;探究了氣溫以較大的升降溫速率發(fā)生改變時,道路結構內部溫度、溫度梯度、熱量的變化;探討了外界氣溫在零度線反復波動時道路結構內部溫度場與濕度場的變化情況。
　　本文在季節(jié)性冰凍地區(qū)溫度場分布規(guī)律、冰凍特性、預估模型、極端氣候變化規(guī)律及其對道路結構溫度場影響方面進行