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多年冻土区路基冷却管温度效应与设计研究
| 论文题名： | 多年冻土区路基冷却管温度效应与设计研究 |
| 关键词： | 多年冻土区;道路工程;路基冷却管技术;温度效应;流固耦合;有限元模型 |
| 摘要： | 随着全球气候变暖和人类工程活动的干扰,多年冻土的水热平衡状态逐渐被破坏,导致其不断退化,并呈现出冻土上限逐年下降的趋势[1]。为了保护多年冻土和提高路基温度稳定性,国内外提出了隔热层路基、热棒路基、通风管路基等特殊工程措施,对提高多年冻土区道路工程的稳定性和耐久性起到了积极作用。但由于不同工程措施各有特点和适用场合,多年冻土区路基的不均匀变形、裂缝、翻浆等病害仍明显影响着道路使用状态及其服务水平。 本文在总结现有各种特殊路基研究思路、使用情况的基础上,提出了一种新型的特殊路基处理方法:路基冷却管技术。本研究从青藏高原特殊地理气候特点及其对多年冻土区路基的影响出发,以流固耦合传热理论为基础,建立温度场有限元模型,计算分析了冷却管周围土体的温度场分布特性及其影响因素;利用室内小型模型试验,对理论计算结果进行了验证;在此基础上,分析了不同因素对冷却管降温效果的影响,提出了路基冷却管设计原则与参数,为保护多年冻土区路基稳定性提供了一种新的主动调控措施。 研究表明:外界环境温度与土体内部温度对冷却管的降温效果影响较大,冷却管的降温效果随时间的延长而增强,随土体初始温度的提高而减弱,随环境温度的降低而增强,随风速的升高而有所增强,随管径的增大而增强;在沿管径截面上,冷却管对距离管壁越近位置的土体的降温效果越好;沿管轴向截面中,土体中部位置的降温最为困难;同时,越靠近管壁的土体,沿管轴向的进出口温差越大。研究推荐了冷却管的主要设计参数:管径为0.3m~0.4m,管间距为1.2m~1.6m,合理埋深为天然地表以下1m~2.5m,启动条件:暖季为土体温度大于4.5℃且环境温度小于等于0℃,冷季为土体温度大于2.5℃且环境温度小于等于0℃。 |
| 作者： | 刘人玮 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 马骉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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