多年冻土地区输电线路杆塔基础温度场分析

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1、多年冻土地区输电线路杆塔基础温度场分析-->1引言1.1研究背景及意义随着国民经济的飞速发展，我国每年用于髙压输电线路的投资逐渐提高。2004年，全国共投产220千伏及以上输电线路23000公里；2005年，电网建设方面投产220千伏及以上输电线路25000公里。杆塔基础是输电线路结构中重要的组成部分，它的造价、劳动消耗、工期等因素在整个工程中占很大比重。根据相关资料统计：输电线路杆塔基础的施工工期约占整个工期的50%，运输量约占整个工程60%，费用约占整个工程15%?35%。其基础选型、设计及施工质量对整条线路的工程建设有着重要影响。根据我国现有的技术规范，与国外相比，上部铁

2、塔、杆塔的设计已经成熟合理，但是基础的设计尺寸较大，设计比国外保守，因而基础工程的施工费用比国外要高出很多。因此，有必要加强对输电线路基础的研究。但是目前我国尚未系统地开展新的基础形式的试验、测试和分析研究，杆塔基础已成为输电线路建设中最需要加强研究的部分，基础选型与设计优化是目前输电线路工程迫切需要解决的重大课题，近几十年来，因为全球变暖和人类活动的影响，多年冻土正在逐渐退化，具体体现为地温的显著升高、季节融化深度加大，多年冻土面积萎缩等方面。冻土既具有一般土类的共性，又是一种因粘塑性冰而具有特殊性质的多相复杂体系。与其它土类相比较，其最大的特点就是在热力学方面的不稳定性，对

3、气候变化和人为扰动十分敏感。冻土的温度和含冰量对它的性质也有着重要的影响。由于冻土的工程性质受到温度状态的影响，因此其力学性质随着温度的变化而发生变化。一般地，当冻土地基温度升高时，其冻结强度和承载力便会下降，导致基础的倾覆、融沉或冻胀拔起。由于冻土区内部环境和外部环境的变化，工程建筑物在多年冻土地区正遭受严重的影响，给国家和人民的财产安全和人身安全带来了严重损失。为此，有必要研究在施工过程中施工扰动和气候变化给冻土造成的温度上的影响。故本文着重对施工期间冻土地基融化与回冻过程及规律进行研究，有效地确定了桩基础和桩周土的温度分布情况,为判断灌注桩承载力的形成时间提供可靠依据，为

4、合理的安排施工进度提供依据。………1.2国内外研究现状前苏联是最早开展冻土工程研究的国家之一，研究成果达世界领先水平，出版多部专著。近年来，美国科学院极地研究局成立了多年冻土研究委员会，美国陆军部寒区研究与工程实验室自上世纪四十年代开始有计划地调査研究多年冻土地区的工程建筑问题，其专题报告对多年冻土区构造物基础的设计、施工及其监测等方面作了广泛论述。加拿大以及北欧国家对冻土也进行了大量的研究。加拿大马尼托巴大学的Pusanjaro山以及我国的青藏高原，这些高海拔山峰终年积雪。此外中低讳度的高原多年冻土也存在。我国22%的土地是冻土，面积约为2.15X106平方公里，是世界第三大

5、冻土国。我国多年冻土分为高海拔和高讳度多年冻土。高海拔多年冻土分布在青藏高原、阿尔泰山、天山、祁连山、横断山、喜马拉雅山，以及东部某些山地，如长白山、黄岗梁山、五台山、太白山等。高炜度多年冻土主要集中分布在大小兴安岭，面积约为38-39万平方公里。其中青藏高原的多年冻土分布面积150万平方公里，占我国多年冻土总面积的70%,也是中低炜度地带海拔最高、面积最大的多年冻土区。高海拔多年冻土的形成与存在，受当地海拔高度的控制。………2.2输电线路杆塔基础基本理论输电线路的塔基的设计施工有着显著的行业特点：施工线路长，所经地区的地形多、地质条件复杂、差异大。故在设计和施工时考虑的边界条

6、件较多；此外，杆塔基础与一般建筑物基础的受力情况不同：输电线路塔基受到水平作用力往往是拉压交变作用，抗拔和抗倾覆荷载也是输电线路塔基设计需要考虑的重要条件。在我国，《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T5219-2005)并没有专门针对冻土地基、黄土地基、膨胀土地基等特殊土地基下输变电工程基础的设计方法，使得实际的设计和施工中所遇到的各类输变电工程地基基础难题的解决具有很大的不确定性，不利于输变电工程地基基础设计的标准化和规范化。当前，国内外输电线路工程塔基的发展趋势是：尽可能充分地掌握地基土体的力学性能，减小基础所受的水平作用力和弯矩。因此如何充分掌握好冻土地区土体良好的

7、力学性能，因地制宜地采用合理的基础型式，达到安全运营和降低工程投资的目的，是我国冻土地区架空输电线路建设中一个急需解决的问题，非常有必要幵展该课题的研究。………3多年冻土区杆塔基础有限元数值分析............173.1有限元软件SOL介绍.........173.2传热过程分析.........193.3有限元模型的建立.........283.4本章小结.........334温度场数值计-->算结果及分析.........354.1混凝土灌桩前桩周地温曲线.........35