多年冻土区渗流对路基热稳定性的影响分析.pdf

《多年冻土区渗流对路基热稳定性的影响分析.pdf》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、108科技研究城市道桥与防洪2012年2月第2期多年冻土区渗流对路基热稳定性的影响分析孙文(兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070)摘要：运用渗流理论和传热学理论，建立了考虑涵前积水下渗情形下，冻土涵洞温度场一渗流场耦合作用的有限元方程，并对暖季涵洞过水情况下，在考虑渗流时普通路基的温度场进行了计算，讨论了渗流对涵洞地基温度场的影响以及涵洞对路基的热稳定性影响。计算结果表明：渗流作用加深了涵洞地基土的季节融化深度，将对涵洞乃至路基的热稳定性造成不利影响。关键词：多年冻土；路基；热管；温度场；热稳定性中图分类号：

2、U416．1+68文献标识码：A文章编号：1009—7716(2012)02—0108—04O引言1控制微分方程及有限元方程涵洞的设置会改善多年冻土地区路基横向冻土中温度场的分布主要是以传导和对流为排水条件，有利于路基稳定，但是在多年冻土区，主的，而对流则是以地下水的迁移为基础进行的，涵洞工程又是对冻土破坏较为严重的一类工程，渗流是迁移的一种形式，因而渗流场与温度场是涵洞会对路基的热稳定性产生影响。王凯等【针相互作用、相互影响的，主要表现在以下两个方对青藏铁路高含冰量冻土地区特殊自然条件，改面：一方面，冻土渗流场的存在

3、与改变，将使渗透进了拼装涵洞的施工技术，在涵节预制、涵节运水流参与土一水系统的热量传递与交换，从而影输、涵洞基础施工、涵节现场拼装方面作了技术响冻土温度的分布；另一方面，冻土温度场的改改进，克服了现浇涵洞作业量大、投人多、保温困变，导致地下水赋存环境(温度)发生相应的变化，难的缺点。马天明等[2】则对多年冻土区涵洞基础改变了土体的热物理性能，进而可引起岩土的渗施工中的人工冻结法、现浇法、预制拼装法等方透性能、地下水渗流特性及相态的改变，发生渗流法进行了研究。张学富等【3]通过对青藏铁路格尔场的改变。以上两个方面的相互作

4、用达到动态稳木至拉萨段某处涵洞现浇混凝土基础水化热的定状态，即渗流场温度场的耦厶【棚。影响分析，发现现浇混凝土水化热在施工后半年假定在某一瞬时时刻，各相的导热系数、渗透内对涵洞周围冻土的热状况影响较大，施工后两系数及扩散率为一定值，与空间位置无关，且土体年还有影响。张旭芝f4】对高原多年冻土涵洞温度为各向同性，则冻土温度场与渗流场的计算模型场及地基土冻融变形规律进行研究，通过现场实为[91验研究，分析了涵洞的施工和路基土的填筑对冻土热状况的影响，并建立了冻土冻胀、融沉计算在正冻区内：模型，对涵洞的温度场及地基土的冻融变

5、形进行睁=争+争+)一c+计算。通过以上的分析可见，国内外直接研究冻土+)(1)oy路基耦合热管的数值传热问题还不完善，尤其关于多年冻土区渗流对于路基的热稳定性影响方面=砉(磁誓)+-4--()唔(哮)+的研究报道较少。鉴于此，本文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dc9咒(D鲁d％)+-(D’dr)+Jz(Dndz)+q(2)候变暖的影响，青藏高原多年冻土区气温升高的一，一粤，一(3)条件下，对多年冻土区渗流对路基的热稳定性影O'XoyO'Z响进行研究。在未冻区Q内：=+等+h鼽(Vu警+收

6、稿151期：2011-11-22基金项目：国家自然基金项目(50678076)；国家十一五科技发展支撑计划重点项目(2006BAC07B02)；+)(4)作者简介：孙文(1976一)，男，山西大同人，博士研究生，讲师，主要从事岩土工程与水利工程方面的教学与研究工作。2012年2月第2期城市道桥与防洪科技研究1092．2渗流速度的确定5争=(：誓)+号(等)号(訾)+在地下水流动主要以受压水头压差所控制的鲁蹴(D誓)+-(D鲁)+县o'z-(D)+q一(5)强迫对流时，对于含水层的单元，渗流速度事先难以确定。符合达西定律

7、的三维非均质各项异性渗Vu_一：譬，一；ay，一k(6)流的控制方程与热传导问题的控制方程具有相同的数学表达形式。因此，可以用温度场有限元方程在5(t)上有：变换一些相应的参数来求解渗流问题，即可以求5()，￡]=[．s()，t]解地下水运动中各节点的水头压力及各单元中的罹On罢dn=LT~W-W)czt(7)水流速度。做渗流分析时，把温度场中的节点温度在t)上有：解释为节点水头压力h，单元热流，q，解释为单元水流速度，单元导热系数A，A，九解H=y：0(8)一咖释为单元渗透系数，k，k，单元热容量c解释为设Q，和Q分

8、别表示组成分析区域Q的冻结单元储水系数

9、s。这样就可以计算出各含水层单元区和未冻区；(t)表示冻融相变的移动界面；F()中的水流速度，，。[1】】。表示渗流自由面。2．3渗流自由面的求解式中，下标厂和分别表示冻结和融化状态，P本文采用文献【l2】介绍的基于固定网格上的结为土体密度，kg·m；c为土体比热，J·kg-·oC；t为点虚