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寒区冷却路基调控参数及效果分析
| 论文题名： | 寒区冷却路基调控参数及效果分析 |
| 关键词： | 含水调控层路基;地温特性;埋置深度;水层厚度;冻土保护 |
| 摘要： | 冻土是一种对温度敏感、性质很不稳定的土体，在多年冻土区进行工程建设会对冻土温度场产生影响，进而影响冻土地基的承载力，威胁到工程的正常运行，因此如何采取有效的保护措施和路基形式以保护下伏冻土，使冻土内部维持热平衡，已成为国内外的研究热点问题。 在总结前人沿用的各类冻土保护措施的基础上，研究分析了一种新的主动冷却路基结构——含水调控层路基，即在寒区路基一定深度范围内埋置一定厚度的含水调控层，根据不同季节，通过水、冰相变来调节外界环境与路基之间的能量交换关系，进而达到保护路基下冻土的目的。本文以五道梁地区气候特点为依托，研究分析了含水调控层路基地温特性、冷却机理以及含水调控层自身参数对冻土保护的影响，主要研究结论如下： （1）结合五道梁地区气候环境及外界条件，根据热收支平衡条件，分析了该地区在不同年平均气温下调控水层合理水量大小，得出了调控水层厚度与年平均温度之间的关系式。 （2）详细分析了含水调控层路基在冻融循环中地温变化规律，并将其与普通路基、普通通风管路基的冷却效果进行对比分析，结果表明：含水调控层路基具有冷量交换和热量屏蔽的热二极管效应，是一种积极有效的保护的路基结构形式。如在距离路基表面1.0m处，将厚为0.6m调控水层放在距路基表面0.5m处的含水调控层路基、普通路基、普通通风管路基在冷季地温分别为-5.12℃、-4.78℃、-6.53℃，暖季分别为3.24℃、7.98℃、8.67℃，经过50年冻融循环后，年平均地温分别为1.3℃、3.27℃和1.53℃，反映出含水调控层路基具有良好的冷却效果。 （3）对含水调控层路基水层埋深和水层厚度对冷却效果的影响进行分析，表明：水层厚度对调控含水层路基的降温效果较大；且水层越厚、水层埋深越浅，调控含水层路基冷却效果越明显。 （4）基于含水调控层路基自身参数，详细分析了调控含水层路基的合理埋深以及水层厚度。结果表明：当水层厚度保持不变，水层埋置在距路基表面0.5m处时，对路基下冻土上限的抬升等具有较为明显的效果；当水层埋置深度一定时，随含水调控层厚度的增大，对冻土的保护作用逐渐增强。在五道梁地区气候环境条件下,含水调控层的合理厚度可控制在0.8m~1.0m。 （5）基于含水调控层路基冷却机理及以五道梁气候条件，研究分析了路基设计使用期、年平均气温、含水调控层厚度等之间的关系。结果表明：设计使用期越长、年平均气温越高，所需的含水调控层越厚。在设计使用期一定的情况下，年平均气温与含水调控层厚度呈现二次多项式增长的变化关系；在年平均气温一定的情况下，设计使用期与含水调控层厚度呈现递增的变化关系。 |
| 作者： | 符贵丽 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 黄明奎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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