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。為了增強多年凍土區(qū)公路路基的穩(wěn)定性，保護路基下部多年凍土，片塊石路基作為一種主動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行覆蓋處理，減弱了片塊石路基對多年凍土的保護作用；其次，針對片塊石路基降溫效果的大規(guī)?，F(xiàn)場測試工作開展的較少，尤其缺乏對其長期作用效果的有效監(jiān)測。本論文通過片塊石路基降溫效果的室內(nèi)模型試驗，結(jié)合野外試驗路路基溫度場實測數(shù)據(jù)，并

2、選取適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛯ζ瑝K石路基的溫度場進行數(shù)值模擬，探討片塊石路基溫度場變化特征，揭示片塊石路基的降溫機理。為多年凍土區(qū)路基的設(shè)計、施工與維護提供科學(xué)依據(jù)，更好地保護路基下部多年凍土，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)價值和重要的工程意義。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）為了探索片塊石層的傳熱特性，通過室內(nèi)模擬試驗，對相同粒徑的片塊石層在不同的上邊界條件下降溫機理和降溫效果進行了研究。研究結(jié)果表明，在風(fēng)的作用下，封閉邊

3、界的片塊石層對外界的溫度變化不夠敏感，降溫速度較開放邊界要慢，此時主要以自然對流為主，依靠內(nèi)部空氣自然對流傳熱來實現(xiàn)對其底部土層的降溫效果；開放邊界條件下，片塊石內(nèi)部主要以強制對流為主，依靠外界負溫環(huán)境下風(fēng)的作用在其內(nèi)部形成強制對流，以強制對流傳熱的方式來實現(xiàn)降溫的。
　?。?）依托青藏公路五道梁段片塊石路基實體觀測工程，對比分析了片塊石路基和普通路基的溫度場變化過程，驗證了片塊石路基的主動降溫效果。監(jiān)測結(jié)果表明，相對于一般填土路

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入路基，對于防止多年凍土融化、主動保護凍土起到了積極有效的作用。
　?。?）基于多孔介質(zhì)不可壓縮流體的對流理論，建立了多年凍土區(qū)片塊石路基的對流換熱數(shù)值計算模型，并與野外實測數(shù)據(jù)進行對比驗證，證明該模型是合理可靠的。利用該模型對片塊石路基的速度場和溫度場進行數(shù)值模擬。數(shù)值計算結(jié)果表明，寒季片塊石層內(nèi)自然對流最強烈，內(nèi)部存在對流渦包，