双能量方程在通风路基多孔介质中的应用

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1、第25卷第6期岩石力学与工程学报Vol.25No.62006年6月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJune，2006双能量方程在通风路基多孔介质中的应用1，21蒋武军，葛修润(1.中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉430071；2.湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙410008)摘要：把通风路基看成是一种多孔介质，运用局部非热平衡模型，对通风路基中空气与土粒之间的对流热交换进行数值分析，从而得出通风管风门开启与关闭的最优时间区段，为通风路基的设计提供理论依据。关键词：

2、土力学；冻土；通风路基；多孔介质；双能量方程中图分类号：TU43文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)06–1170–07APPLICATIONOFDOUBLE-ENERGYEQUATIONTOPOROUSMEDIAOFVENTILATEDEMBANKMENT1，21JIANGWujun，GEXiurun(1.InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan，HuBei430071，China；2.HunanProvincialCom

3、municationsPlanning，SurveyandDesignInstitute，Changsha，Hunan410008，China)Abstract：Anumericalstudyofconvectionheattransferbetweenairandporousmediainventilatedembankmentusingnonlocalthermalequilibriummodelispresented，andtheoptimalphaseofopeningandclosingofventilateddu

4、ctsisobtained，whichprovidestheoreticfoundationforthedesignofventilatedembankment.Keywords：soilmechanics；frozensoil；ventilatedroadbed；porousmedium；double-energyeqution原冻土难题，必须冲破传统设计观念，积极探索解1引言决青藏高原冻土难题的新思路，其中通风路基就是一种以“主动降温、冷却地基、保护冻土”为原则在寒区，公路和铁路路基下部多年冻土上限的的工程措施之一，它的

5、工作原理是依据青藏高原的下降所造成的不均匀沉陷是道路破坏的最主要方大气气温一般比地表温度低3℃以上的特点，利用式。我国在青藏公路改建工程完成后于1999年进行路堤遮阳效果和比堤土温度低的空气流通带走堤身了一次调查，线路的病害率达31.7%。东北冻土区热量。为研究管道通风路基的工程效果及其在青藏铁路运营的情况更差一些，估计线路的病害率不会铁路建设中的可行性，牛富俊、喻文兵等针对性地小于40%，运营早期还发生过路基突然大量下沉的开展了大型室内模型试验研究。牛富俊等于2001事故。分析这些铁路病害发生的原因，主要是设计年在青藏高原

6、北麓河试验段开展了一段长422m的实思想上存在过分依赖增加热阻保护冻土的指导思体试验工程；葛修润提出“透壁式”通风管的基本想，并且冻土工程的治理手段也比较单一。国内外思想：空气可以透过管壁的孔眼或网眼穿透到管周大量的工程实践证明，增加热阻的措施，如增加路围介质中去，与介质中的气体进行对流热交换，而堤高度和采用保温材料，能够延缓多年冻土的融化，传统的通风管是以传导的方式对路基进行热交换，但不能从根本上改善路基的热状况。要解决青藏高这是它们之间的本质区别。在冬季，进入透壁式通收稿日期：2005–01–31；修回日期：2005–0

7、5–11作者简介：蒋武军(1975–)，男，博士，1999年毕业于西安地质学院工程地质专业，主要从事计算岩石力学方面的研究工作。E-mail：nba_freeman@163.com第25卷第6期蒋武军等.双能量方程在通风路基多孔介质中的应用•1171•风管的冷空气可直接与其周围介质进行热交换，从而可以有效地使周围介质降温；然而在夏季，由于热风可以直接与其周围介质进行热交换而使周围介)1－)质升温，降温效果反而不好，为了消除透壁式通风·℃路基的负面影响，可在通风管两端设置风门，冷季(m·开启而热季关闭，再与其他工程措施相配合能

8、有效/(W地抑止由于工程活动使多年冻土带上限下降的趋势。胡明鉴等研究了透壁式通风路基的工程效果，导热系数并进行了青藏铁路透壁式通风路基冷却效果对比试验研究，在现场试验路基内同时埋设了透壁通风管和普通通风管，监测试验路基温度场和变形以进行温度/℃对比，探索通风路基主动冷却的优化方法和实际能图