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《多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第23卷,第2期中国铁道科学Vol123No122002年4月CHINARAILWAYSCIENCEApril,2002文章编号:100124632(2002)0220059206多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟1234田亚护,刘建坤,钱征宇,何平(11铁道科学研究院研究生部,北京100081;21北方交通大学土建学院,北京100044;31铁道部科技教育司,北京100844;41中科院寒区旱区环境工程研究所,冻土工程国家重点实验室,兰州730000)摘要:多年冻土区道路的修筑,改变了原来天然地表与外界的热交换关系,引起多年冻土区冻土的融化,从而导致路基面破坏。本文运用有限
2、元分析方法,对多年冻土区含保温夹层的路基温度场进行了数值模拟。为了检验保温材料的效果,计算时采用改变保温材料聚苯乙烯(EPS)层的厚度、宽度、埋设位置及路基表面条件,来模拟路基面下多年冻土季节最大融化深度在今后50年内随时间的变化。通过对计算结果和多年冻土上限变化的分析比较,得出了在多年冻土区路基中铺设保温材料对路基面下多年冻土具有明显的保护作用,总结出在多年冻土区路基工程中铺设保温层的合理厚度与位置。关键词:冻土区;保温夹层;路基温度场;数值模拟中图分类号:U213114文献标识码:A少,给一些关键设计参数如埋设位置及厚度等的确1引言定带来困难。在这种情况下,对施加保温材料的路基
3、多年冻土区铁路的修筑,改变了地表与大气间进行数值模拟和路基热状态的发展趋势的分析,可的热交换关系,从而使通过路堤的年吸热量发生变以给冻土区铁路路基工程的设计提供一些设计思化,导致路堤下冻土上限深度也随之发生变化。根据路。本文对铺设保温层的效果,运用伴有相变的热传多年的观测资料,虽然青藏高原多年冻土区的气温导方程的有限元数值解法,模拟分析在不同的宽度、冻结指数比融化指数大的多,但是在填土路堤的高厚度、埋深和路基上界面条件下,铺设EPS保温材度小于一定的值时,地温的冻结指数要降低,从而使料板对路基下多年冻土最大季节融化深度在以后50多年冻土区的冻土融化,冻土上限下降,导致路基沉年内随时
4、间的变化,在数值模拟的基础上,总结了在降,路面毁坏,严重影响道路运营。多年冻土区路基工程中埋设保温层的合理厚度和位由于青藏铁路格—拉段是建在青藏高原的高台置。地上,地形相对平缓,绝大部分是路基工程。除了抬2模型的建立高路堤高度以外,在冻土区路堤填土中间铺设保温材料也是增大路堤热阻,减少传入路基中热量的一211计算区域种重要措施。70年代起,前苏联、日本、美国、加在冻土路堤填土中铺设保温层的目的是,在不拿大等国家开始采用聚苯乙烯(EPS)作为路基保温过多加高路堤的高度前提下,增大路基热阻,减少从[1～3]材料,取得了良好的效果。70年代中期,我国开路面传入路基的热量,以确保路基稳定。
5、因此研究在始进行铺设EPS保温材料对路基稳定性影响的研路堤高度比较低的条件下,铺设保温层的效果更有[4,5]究,对保温材料在青藏高原多年冻土区路基工程实际意义。为了分析在路堤中铺设EPS板的保温效中的效果作了充分的肯定。但是由于保温材料在多果,计算中取路堤的高度分别为115m,2m和3m,年冻土中的应用实测很少,能够直接借鉴的资料更路面宽度为614m,边坡坡度取为1∶115(图1)。保收稿日期:2001210225作者简介:田亚护(1974—),男,陕西咸阳市人,硕士研究生。基金项目:国家自然科学基金项目(40171018);铁道部科技发展基金(2001G045)©1994-201
6、0ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net60中国铁道科学第23卷温层厚度分别取011m和0106m,宽度分别取614土是由有机质、矿物骨架、水溶液和气体组成的m宽、保温层宽度与铺设面宽度一样宽(见表2)两多相细碎介质。冻土与融土的主要区别在于其中含种宽度,埋深分别在路基面下018m处和天然地表有冰。实验表明,土的比热具有按各物质成分的质量[8]面上013m处,路基面材料分别为砂砾土和沥青。对加权平均的性质,即:于路基可以认为是无限延伸的,因此本文研究温度C
7、su+WCwCdu=(3)状况时,取其横断面以二维问题来处理,计算宽度为1+WCsf+(W-Wu)Ci+WuCw从路基中心向左右各30m,深度为20m,计算区域Cdf=(4)1+W由三层均匀介质组成。计算中为了减少单元和节点式中,Cdu,Cdf——分别为融土和冻土的比热;数目,并考虑到对称性,计算区域取以路基中心线为Csu,Csf,Cw,Ci——分别为融土骨架、冻土对称轴的整个路基横断面的一半。骨架、水和冰的比热;W,Wu——分别为总含水量、未冻水含量。土骨架的比热主
