铺设保温材料的通风路基三维温度场数值分析

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1、第24卷第14期岩石力学与工程学报Vol.24No.142005年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJuly2005铺设保温材料的通风路基三维温度场数值分析12111刘志强赖远明张学富张淑娟(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州7300002.兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070)摘要通过瞬态温度场的导热微分方程采用伽辽金法推导出带相变的三维温度场有限元计算公式建立了通风路基温度场的空间计算模型对青藏铁路中年平均气温在4.3地表年平均温度1的路段考虑气候变暖根据预测在未来50a气温

2、上升2.6的情况下对铺设与不铺设保温材料的通风路基温度场进行了数值计算和对比分析为设计施工部门提供了理论参考关键词道路工程青藏铁路冻土温度场数值分析中图分类号U213.1文献标识码A文章编号1000–6915(2005)14–2537–07NUMERICALANALYSISOFTHEVENTILATEDEMBANKMENTWITHTHERMALINSULATIONLAYERINQINGHAITIBETRAILWAY12111LIUZhi-qiangLAIYuan-mingZHANGXue-fuZHANGShu-juan(1.ColdandAridRegi

3、onsEnvironmentalandEngineeringResearchInstituteChineseAcademyofSciencesLanzhou730000China2.SchoolofCivilEngineeringLanzhouJiaotongUniversityLanzhou730070China)AbstractInordertopreventembankmentfromabsorbingheatinhotseasontheventilatedembankmentwiththermalinsulationlayerisproposed

4、.Thethicknessofheatinsulatoris20mmandpaved20cmaboveuppersurfaceofducts.Thefiniteelementformulaearederivedfromthedifferentialequationofthree-dimensionaltemperaturefieldsinvolvingphasechangebyGalekinmethod.Thetemperaturedistributionsoftheventilatedembankmentwithandwithoutthermalins

5、ulationlayerarecalculatedrespectivelyunderthecasethattheannualmeanairtemperatureinQinghai-TibetPlateauwillbewarmedupby2.6inthefuture50yearsandthemeanannualtemperatureatthenativesurfaceisabout1.Theresultsindicatedthattheinsulationlayerreduceslittleabsorptionofheatforpermafrostun

6、derembankmentinthecaseandtheeffectofheatinsulationisnotsogood.Theconclusionsaregivenintermoftheresultsofanalysisandcomparison.KeywordsroadengineeringQinghaiTibetrailwayfrozensoiltemperaturefieldsnumericalanalysis高温多年冻土区冻土区筑路遇到的主要问题是冻1引言胀和融沉由于冻土对温度的极敏感性及其破坏的不可逆性同时考虑全球气候变暖在高温冻土区青藏铁

7、路全长1118km穿越多年冻土区范围修筑铁路并保证路基的稳定性是个重大科技难题632km(大片连续多年冻土区长度约550km其余因此必须改变以往一直沿用的消极保护冻土的措82km为岛状不连续多年冻土区)其中210km是施采用积极的措施保护冻土即主动冷却地基的收稿日期2004–02–12修回日期2004–05–08基金项目国家杰出青年科学基金资助项目(40225001)中国科学院百人计划资助项目中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1–SW–04)中国科学院全国优秀百篇博士论文专项资金资助项目作者简介刘志强(1968–)男1991年毕业于西北工业大学工程

8、力学系工程力学专业现为讲师博士研究生主要从事寒区岩土工程方面的研究工作E-mai