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多年冻土地区桩基温度场及其调控效果数值模拟
| 论文题名： | 多年冻土地区桩基温度场及其调控效果数值模拟 |
| 关键词： | 施工扰动;气候变化;冻土温度场;温度调控措施 |
| 摘要： | 冻土是一种对气候和环境变化极为敏感的不稳定地质体，其物理、化学性质和工程特性除了与土颗粒的矿物成分、密度和含水量等因素有关外，还与土中含冰量和冻土的温度状态密切相关。在气候变化和人为扰动等外界因素影响下，导致一定范围内冻土层的温度场发生变化，进而对冻土地区工程建筑物的稳定性及耐久性产生不可忽视的影响。因此，本文针对冻土温度状况对建筑工程性质的影响，分别对施工扰动和气候条件变化影响下冻土地区桩基温度变化进行了研究，提出了施工期间及后期养护不同的温度调控措施，并对其调控效果及影响因素进行了数值模拟。 文章首先运用有限元模型验证了天然状态下地温状态数值模拟的正确性，得到了天然状态下土体随时间变化的温度分布场。并在此基础上进行了以下几方面的研究：(1)分析了施工扰动对桩基周围冻土温度场的影响，模拟了桩基水化热过程，并着重对通冷冻液人工制冷措施加快桩基周围土体回冻效果进行研究；(2)考虑气候升温变化对冻土桩基温度场的影响，对不同冻土类型、土质参数以及不同升温率对冻土的最大融化深度和地温状况的敏感性进行探讨和分析；(3)针对基于气候变化产生的冻土退化，提出了热棒和人工冻结两种不同的温度调控技术，并利用有限元对其调控效果进行了数值模拟；(4)采用有限元优化分析方法，利用冻土地基实测温度数据对温度场计算中的物理参数--导热系数进行了反演分析。 通过对施工扰动和气候变化影响下的冻土地区桩基温度场进行数值模拟，主要得到以下结论：(1)采用大气实测回归温度和“附面层”原理对天然地基温度场进行有限元数值模拟的方法是可以满足工程计算精度要求；(2)对于冷冻液温度调控措施，在冷冻管横截面积相同情况下，不同布置方案的冷却效果不同，采用多管布设冷却效果较好；(3)不同升温率、冻土类型、土质条件下，冻土的最大融化深度及其对气候变化的敏感性不同；(4)验证热棒技术和人工冷冻技术在冻土地区桩基温度调控中是可行的，且两者的调控效果不同，宜根据施工条件及外部环境因素进行选择；(5)提出了地基土质材料的导热系数反演分析方法，并验证了其可行性和实用性，对冻土地区工程建设有一定的理论实用价值。 |
| 作者： | 赵秀云 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 原喜忠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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