高溫凍土區(qū)新型路堤結(jié)構(gòu)降溫機理與設(shè)計原則研究.pdf

1、中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所博士學(xué)位論文高溫凍土區(qū)新型路堤結(jié)構(gòu)降溫機理與設(shè)計原則研究姓名：李國玉申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：自然地理學(xué)（寒區(qū)巖土工程）指導(dǎo)教師：李寧20070501撬 要3 、傳統(tǒng)塊碎石護坡降溫效果定量研究通過考慮晝夜溫差和冷暖季風(fēng)速差異對降溫效果的影響，本文對青藏鐵路北麓河傳統(tǒng)的開放塊碎石護坡路基晝夜間和冷暖季溫度場、速度場和熱流量分別進行了數(shù)值模擬，對塊碎石護坡路基的熱傳遞特性和降溫效果進行了研究，在溫度場基礎(chǔ)上結(jié)

2、合速度場對其降溫機理進行新探討。研究發(fā)現(xiàn)，塊碎石護坡在夏季夜間冷空氣強迫對流作用下存在一定的降溫效果：傳統(tǒng)的開放塊碎石護坡路基的降溫效果產(chǎn)生的主要機理是：塊碎石護坡的遮陽作用、晝夜溫差影響下一定的對流降溫效果、冷暖季風(fēng)速差異影響下的強迫對流降溫效果；傳統(tǒng)的開放塊碎石護坡路基每年能儲存約冷季總吸冷量的2 0 ％左右，如果考慮全球變暖和人類工程活動等因素的影響，塊碎石護坡路基需要補強措施。4 、新型復(fù)合護坡降溫機理和優(yōu)化設(shè)計針對塊碎石結(jié)構(gòu)在

3、全球升溫和人類工程活動下需要補強措施，研究人員提出了新型復(fù)合護坡結(jié)構(gòu)。本文在前人對新型復(fù)合護坡降溫效果研究的基礎(chǔ)上，對新型復(fù)合護坡在單因素和多因素影響下的降溫效果進行了系統(tǒng)的數(shù)值試驗，基于溫度場優(yōu)化了新型復(fù)合護坡塊碎石的厚度、粒徑等，為多年凍土區(qū)新型復(fù)合護坡、塊碎石護坡設(shè)計提供參考和借鑒作用，同時為青藏鐵路數(shù)字路基智能化分析系統(tǒng)的研發(fā)提供了詳細的訓(xùn)練樣本。在系統(tǒng)分析研究成果的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)其降溫機理是：新型復(fù)合護坡結(jié)構(gòu)中遮陽板可以遮陽，夏季

4、可以阻擋熱風(fēng)擾動，冬季可以阻擋大雪對塊碎石的覆蓋。新型復(fù)合護坡結(jié)構(gòu)中的塊碎石護坡夏季主要發(fā)生熱傳導(dǎo)，冬季主要發(fā)生自然對流熱傳遞，發(fā)揮“熱二極管”效應(yīng)，夏季還可以屏蔽高溫遮陽板對塊碎石護坡的“二次輻射’’。5 、邊界條件對新型復(fù)合護坡降溫效果的影響本文提出了開放新型復(fù)合護坡結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念，并對其降溫特性和降溫效果進行了分析研究，研究發(fā)現(xiàn)邊界條件( 封閉和開放條件) 對新型復(fù)合護坡路基的降溫效果影響較大，青藏高原特殊的自然地理條件下開放新型