寒区路基温度场的数值分析

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1、寒区路基温度场的数值分析摘要：为研究片石护坡对冻土路基稳定性的影响，建立了冻土路基温度场的三维数值计算模型，并采用有限元方法对普通路基、片石护坡路基在未来50年内气温上升2.6℃情况下的温度场进行了预报分析和比较。计算结果表明：片石护坡路基融化深度均小于普通填土路基的融化深度。随着时间的推移，片石护坡路基对于提升冻土上限起到了一定作用。片石护坡对路基左侧、右侧的上限抬升幅度存在差异，路基左侧0℃等温线的抬升相对于右侧的上升幅度小。　　关键词:多年冻土;路基;片石护坡;稳定性;数值分析　　1引言　　地球上多年冻土分布面积广阔，全球多年冻土面积约占陆地面积的

2、25%，我国多年冻土面积约占国土面积的22.4%[1]，随着社会、经济的发展，多年冻土地区公路、铁路等工程建设越来越多，冻土路基普遍存在的以冻胀和融沉为主的严重病害[2~4]，目前在对冻土的保护方面，采用片石护坡是其中一个措施。在保护冻土路基的研究方面部分学者进行了相关研究[5~7]，其特点是对边界条件、初始条件进行假设，没有考虑实际地温场的变化及路基阴阳坡差异，因此造成计算结果可能和实际结果有差异。本文针对上述情况，考虑路基阴阳坡差异，以现场实测地温场数据为依据，考虑受全球气候变暖的影响，青藏高原多年冻土区气温升高的条件下[8]，对普通路基和片石护坡路

3、基的温度场变化进行了分析比较，进而对多年冻土区片石护坡对路基稳定性的影响进行分析。　　2计算模型参数及初、边值条件　　本文以年平均气温为-5.6℃的唐古拉山冻土区的某路基结构为计算模型，计算中路堤高度取为4.0m，路基顶宽7.6m，边坡坡度取为1：1.5。计算模型见图1、2所示。计算区域中土体的密度和导热系数根据唐古拉山区钻孔取样实测值。土体比热按照各物质成分加权平均计算，计算区域内土体参数见表1。计算地段的初始温度场采用实测温度场，这样使得计算边界条件更接近与现场实际情况。　　　　图1路基横断面图（单位：m）图2路基三维有限元计算模型　　　　表1路基的

4、土层热物理参数　　　　土层深度　　(m)岩性　　说明含水量(%)容重　　(g/cm3)干容重　　(g/cm3)热容量(kJ/(m3·℃)导热系数(].北京:科学出版社,2000.　　[2]Traentalandtheoreticaldeformationofice-rockmixtures:implicationsonrheologyandicecontentofmartionpermafrost[J].Plaaryandspacescience,2002.50(4):385-401.　　[5]盛煜,温智,马巍,等.青藏铁路多年冻土区热棒路基温度场三维非

5、线性分析[J].铁道学报,2006,28(1):125-130.　　[6]马巍,程国栋,吴青柏.多年冻土地区主动冷却地基方法研究[J].冰川冻土,2002,24(5):580-587.　　[7]孙增奎,王连俊,白明洲,等.青藏铁路多年冻土路堤温度场的有限元分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23(20):3454—3459.　　[8]秦大河.中国西部环境演变评估综合报告[M].北京:科学出版社,2002:57-58.　　　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。