路基高度对高纬度多年冻土区路基温度场的影响

基于附面层理论,建立伴有相变的二维非稳态温度场数值模型,分析不同路基高度下高纬度多年冻土区路基温度场与融化深度的变化规律,为多年冻土区设计合理路基高度及病害防治提供参考。结果表明:高纬度多年冻土区路基温度场的变化随季节而周期循环变化;随着时间的增加,路基下的地温也随之升高;路基高度越低,融化深度越大。从长期来看,不同高度路基下多年冻土上限均有下降趋势。     

季节性冻土地区高速铁路路基地温分布规律研究

 研究路基及周边地区土体地温的分布规律是季节性冻土地区高速铁路路基的稳定性分析的重要基础。结合哈大(哈尔滨--大连)高速铁路双城地区3 a的现场监测数据和气温资料,分析坡脚、天然位置及路基不同位置的地温分布规律。在此过程中,利用地温振幅、平均地温等结果,建立相应的地温估算公式,为确定数学模型的基本边界条件提供依据。建立非稳态相变温度场的数学模型,研究路基地温随时间的变化特点和沿深度的分布规律,并预测地温场的变化趋势。现场监测和模拟计算结果表明：地温分布规律主要与土体构成、土体热扩散能力、气候和位置等因素有关。季节性冻土地区高速铁路路基最终形成较为稳定的季节冻结层,相对稳定的地温和不对称的地温场。路基阴阳坡地温场的不对称,可能导致路基横向差异变形和纵向的不均匀变形,进而影响路基的稳定性。     

干线公路全风化花岗岩路基湿度场变化分析

为研究广西某干线公路全风化花岗岩软土路基内部湿度场的长期变化规律,利用GeoStudio建立路基湿度场数值模型,模拟路基内部湿度变化。计算结果表明:全风化花岗岩路基土含水率主要由气候与地下水影响,路基建成后,路基含水率会随时间逐渐增大到平衡湿度状态,之后地下水主导路基内部含水率的变化。同一水平面内,含水率由路基中心向路基两侧逐渐增大;同一竖直面内,含水率随深度的增加而增加。     

多年冻土路基地温监测及热棒降温分析

为了研究多年冻土区地温变化规律及L型热棒温度调控效能,以公路热棒群降温工程措施为研究对象,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温波动预测模型,评价了利用热棒工程措施处治试验段多年冻土路基的降温能效。研究结果表明:热棒作用范围较大,有效影响半径可达5.25m。不同监测时段的冻土地温变化规律略有区别,深度在6m范围内,各测孔地温变化最大降幅达82.1%,6m以下深度范围内,地温逐渐趋于0℃以下。热棒作用初期,多年冻土路基横向地温呈差异化分布,但随着热棒温控效应的增强,有效影响半径内温度调控效果明显,横向地温分布差异性减弱,逐渐趋于较稳定的年平均地温。多年冻土区地温预测值与实测值相关系数均在0.99以上,预测效果良好。研究成果可为冻土路基地温预测、变形监测和降温措施制定提供借鉴。     

多年冻土路基热稳定性的有限元分析

利用ANSYS有限元软件,引入附面层原理,对高纬度多年冻土区沥青路面下路基温度场进行模拟。研究结果表明:运营30年,各深度处的年平均地温发生着具有一定规律的升高,且变化的幅度也随着深度的增加而衰减;路表下浅层温度场变化幅度最大,深层温度场变化幅度越来越小;随时间和气温的逐年增长,冻土人为上限逐年下移,将严重影响路基的热稳定性。     

青藏铁路高温细粒冻土地区站场路基实体试验研究

青藏铁路站场路基比一般铁路路基宽度大,为此,在清水河高温细粒土地段进行了专门的现场试验研究。通过采用不同深度处地温场变化、上限变化、阴阳坡温度变化以及积温等分析方法,对该试验段3个冻融循环过程中监测到的温度场分析,并与普通路基的温度场数据进行对比。通过分析可以看出,站场路基下人为上限的上升幅度比普通路堤要大,路基表面以下同样深度处的地温,站场路基下的地温要低于普通路堤下的地温,因此路堤宽度较大的站场路基对多年冻土的保温效果比普通宽度的路堤好。由变形观测数据看出,冻胀量较小,变形主要为沉降变形,路堤阳坡冻胀板的变形量要大于路堤阴坡相应位置的冻胀板变形量。阳坡上层冻胀板最大沉降量是0.241 m;下层冻胀板最大沉降量0.237 m,且随着时间推移,变形趋于稳定。     

青藏直流输电工程粗粒冻土地基温度监测与分析

为分析青藏直流输电线路工程冻土地基的冻结情况及其对基础安全稳定性的影响,在青藏高原五道梁地区对装配式原型基础冻土地基进行1个冻融过程的地温监测,结合该地区气温资料,分析粗粒冻土地温随时间变化特点和沿深度分布情况。监测结果显示：地温呈周期性波动,振幅随深度增加而减小,原状和回填冻土地基上部均存在冻融状态交替的冻融活动层;监测期内基础底部冻土处于冻结状态,基础安全稳定;原状和回填冻土最大融化深度分别为3.0和3.2 m,通过建立地温估算公式,并利用地温变化幅值、均值等结果,得到原状多年冻土上限为3.1 m,与工程勘测和监测结果一致;建立冬季时高孔隙率回填冻土地基传热方程,分析地基传热性能和与孔隙率直接相关的地基中空气自然对流速度对地基回冻的影响。研究表明：冻土回填扰动加剧地温波动的振幅和增大冻土融化深度,但影响程度和范围有限;输电线路冻土装配式基础冬季施工,在冻融活动层深度内保持地基适当孔隙率,既可在冬季加速地基回冻,又可利用土体自然固结和融沉,提高压实度,从而在暖季减弱热量向地基深部扩散,有利于地基保持冻结。     

改建公路拼接路基沉降量影响因素分析

新旧路基拼接是目前公路路基拓宽改建较为常见的方法之一,但路基拼接地段设计和施工不当易导致路基发生较大沉降,从而影响公路建设质量。为探明新旧拼接路基沉降规律,文章结合工程实例分析路基新建部分填料重度、弹性模量、泊松比以及地基换填填料弹性模量、换填深度五个关键参数对拼接路基沉降量的影响。结果表明:拼接路基沉降量随新路基弹性模量、泊松比以及地基换填深度、填料弹性模量增大而减小,随新路基填料重度增加而增大;为满足拼接路基最大沉降量不超过容许值300 mm的要求,1^#、2^#、3^#新路基填料泊松比应分别大于0.342、0.291、0.378,填料弹性模量应分别大于44.89 MPa、40.82 MPa、50.02 MPa,而填料重度应分别小于26.36 kN/m³、28.96 kN/m³、23.29 kN/m³;1^#、2^#、3^#地基换填深度应大于0.98 m、0.51 m、1.24 m,换填填料弹性模量应超过39.04 MPa、31.52 MPa、46.72 MPa。     

多年冻土区公路路基阴阳坡温度及变形差异分析

 基于青康公路阴阳坡效应显著路段——K369路段路基的地温、变形监测资料,研究路堤内阴阳坡温度场差异及其对冻土路堤变形以及路堤稳定性的影响,分析路基地温、变形特征及其相互关系。研究结果表明：(1) 冻土路基在横断面上的差异沉降变形和其下地温场分布的不对称状况密切相关,地温场状况及其变化控制和决定着冻土路基变形场的状况;(2) 坡向不同而引起的太阳辐射差异是造成阴阳坡热交换不对称的根本原因,也是造成路基横向差异沉降的根本原因;(3) 路基变形的发展较地温的发展有一个相对滞后的响应,这决定了路基最大沉降并不是发生在最大融化深度的时间。对有差异沉降的路基来说,阴阳坡两侧路基发生最大沉降的时间也不一致,阳坡一侧达到最大沉降的时间要滞后于阴坡。这种差异变形会随着时间加剧,最终导致路基纵向裂缝的发育进而严重影响路基的稳定性。     

高海拔多年冻土地区宽幅沥青路面-路基体系#br# 热效应实测分析

为明确中低纬度高海拔多年冻土区“宽厚黑”路面结构和路面类型对路基路面体系温度场的影响规律,在青藏高原高温多年冻土区分别铺筑了窄幅和宽幅沥青路面-路基温度场监测试验段,对两种尺度路基路面体系不同深度和横向位置处以及天然大地不同深度处温度状况进行3年连续观测和统计分析。结果表明：宽幅路面沥青层年温度波动幅度高于窄幅路面,且波动幅度差异随路面结构层深度增加而减小;新建公路路基填土会经历持续2年以上的初期冻融放吸热不稳定阶段;高填方宽幅沥青路面-路基体系吸热面积与散热面积的同时增加导致宽幅路基路面体系不同横向位置和深度处温度场更为复杂;沥青路面宽度从5m增加到24.5m导致最大融化深度增加量在1.5~2.0m。在中低纬度高海拔多年冻土区设计宽幅公路路基填土高度时应考虑具体路基断面特点,计算极端天气下的宽幅路基路面体系从建设期到稳定期的温度场,保证阳面路肩一侧融化深度始终满足要求     

埋深条件下含承台能量桩基础换热效率及热力响应现场试验

依托埋深条件下低承台2×2群桩基础,在钻孔灌注桩钢筋笼上绑扎换热管形成能量桩,布置振弦式应变计/温度计以测试桩身温度及热致应变。开展恒定水温(35 ℃)输入情况下,单根能量桩运行对邻近桩基、承台的热力响应特性试验; 实测进/出口水温随时间变化、桩身热致应变等变化规律,分析埋深条件对单根能量桩的换热效率及其对承台和邻近桩体热力响应特性的影响规律,并与无埋深条件下的换热效率、热力响应特性展开对比分析。结果表明:试验条件下,3 m埋深条件下的换热效率为2.65 kW,较无埋深条件下提升了约68%,体现出上覆回填土存在一定的持热能力; 有/无埋深条件下,桩身热致应力最大值分别出现在桩身中部及桩顶,分别为1.66 MPa和2.14 MPa; 随加热过程的进行,桩端阻力呈现先增大后逐渐下降至稳定值的变化趋势,在加热24 h后达到最大值约20 kPa,与进/出口温度差变化趋势一致; 有/无埋深条件下承台在加热工况均出现了细微的差异变形,在设计承台能量桩结构时应给予一定的考虑; 有/无埋深条件下承台最大热致应力值分别为0.65 MPa和2.34 MPa,对应的最大温度升幅分别为3.6 ℃和11.0 ℃。     

徽州民居过渡季热环境分析

为掌握徽州民居过渡季室内热舒适及室内热环境差异性,对当地典型传统民居与新民居室内外过渡季热环境参数进行实测,测试结果表明秋季室外温湿度均高于春季,春季气温更为稳定。传统民居中不同空间温湿度差异不大,地垄具有良好的保温防潮作用。民居室内湿度较为适宜,温度在18℃以下所占比例较大,新民居较传统民居保温性能更好。     

周期性气候条件下路面结构体温度场模拟研究

温度和荷载的共同作用导致了路面结构体的破坏,准确把握路面结构体的温度变化状况是深入分析路面破坏演化规律的前提.基于沥青混凝土为温度敏感性材料的这一特性,认为路面结构体材料的导热系数为温度的函数,建立了日周期变化外界环境作用下路面结构体温度场的非线性模型,并对其进行数值模拟.计算结果表明:考虑路面材料的变导热系数更能准确把握路面结构体的温度分布状况,日变化的外界温度对路面结构体温度场影响在有限的深度范围内(50cm),而面层范围内(15cm)是温度变化最剧烈的区域.     

严寒地区矩形钢管混凝土截面温度分布试验

为研究严寒地区钢 混凝土组合结构的温度荷载,以西宁市作为严寒地区的代表,在现场进行了水平放置带加劲肋的矩形钢管混凝土构件截面温度场测试试验,对日照作用下钢管混凝土构件截面温度分布进行了研究。同时还将矩形钢管混凝土构件的三维温度场简化为二维温度场,建立了ABAQUS有限元热力学分析模型,在考虑太阳辐射、风速以及环境温度等参数的作用下提出了构件截面温度场有限元计算方法。结果表明:钢管混凝土构件钢管测点及管内混凝土测点温度的实测值均与有限元计算值吻合良好;考虑日照作用的矩形钢管混凝土截面温度场为非均匀温度场,构件截面存在着明显的温度梯度;钢管温度受到环境温度的直接影响,其温度变化略微滞后于环境温度变化,温度极值明显大于环境温度极值;管内混凝土的温度则受到环境温度的间接影响,其温度变化明显滞后于环境温度变化,温度极值则小于钢管温度极值;矩形钢管混凝土截面温度分布还会受到管内纵向加劲肋的影响,该加劲肋增大了其与混凝土的接触面积,减少了管内混凝土温度变化的滞后程度,降低了构件截面的梯度温差。     

季冻区湿地软土地基固结变形特性研究

为了研究季冻区湿地软土地基的固结变形特性及其影响因素,在提出季冻区湿地软土地基现场监测方案的基础上,对路堤填土荷载作用下软土地基固结变形特性和加载条件、软土地基处理方法、地层条件、温度变化、时间效应等的相关性进行分析研究。监测结果证明:虽然湿地软土层不厚,但软土的沉降量占全部沉降量的80%以上,在整个冬季,负温对软土地基的固结沉降有一定的影响,主要表现在中央分隔带和路肩软土地基的沉降过程出现一定的差异;软土地基的侧向位移基本上是随荷载的增加而增大,最大位移深度随软土层厚度的增加而增大,冬季软土地基冻结的过程中,在冻结深度范围内软土地基出现反向的侧向位移;整个冬季软土地基孔隙水压力均有不同程度的消散,根据沉降和孔隙水压力监测结果得出,袋装砂井更适合于季冻区湿地软土地基的工程治理措施;试验段冻结深度随时间的变化,最大冻深小于2.8m,在一月底至二月初期间;路堤填土冻结的过程中,靠近中央分隔带处的土压力逐渐减小,而靠近路堤边坡处的土压力逐渐增大。研究成果可为季冻区湿地软土地基固结沉降分析计算及设计提供参考依据。     

绝热坑槽内土壤热湿迁移的实验研究

以太阳能在地下土壤蓄热为背景,通过实验研究了绝热坑槽内土壤的热湿迁移问题.实验中分别测试了不同蓄热温度、不同初始含湿量下土壤温度场和湿度场的变化过程,分析了蓄热温度和含湿量对土壤温度场和湿度场的影响,得到热湿迁移过程中温度场和湿度场变化是同步进行、相互影响的结论.当初始含湿量为0.2m3/m3时,坑槽内土壤的整体温升最大.蓄热温度越高,坑槽内土壤的整体温升越高,越有利于坑槽的蓄热.     

预应力混凝土连续箱梁温度场的试验研究与分析

介绍了十漫汉江特大桥预应力混凝土连续箱梁温度场的测试方案、测点布置及大气自然条件下箱梁断面温度场的测试结果,分析了箱梁温度变化规律。     

温度场作用下的反射裂纹应力场分析

考虑了沥青混合料的热粘弹特性,结合热传导理论,通过有限元数值模拟,研究在温度场作用下反射裂纹的应力场。分析表明,在较低温度环境下,会使基层裂纹附近存在高应力区,当其应力值大于沥青的抗拉强度时,会导致裂纹的产生并扩展到路面形成路面裂纹。提出了采用聚酯纤维增强型沥青的阻裂方案,通过数值模拟验证了其有效性。     

螺旋管传热系数实验研究和温度场数值模拟

采用实验方法对螺旋管换热器对流传热系数进行了测定,利用Fluent软件对螺旋管周围温度场进行了数值模拟。在实验条件下,水-水螺旋管传热系数的范围为：自然对流情况下350～550W／（m^2·K）、强制对流（搅拌）情况下400～730W／（m^2·K）。Fluent软件模型能基本反映温度场的实际情况,模拟结果与实验结果基本吻合。