多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟.pdfVIP

第 卷，第 期 中 国 铁 道 科 学 ! ! #$% ! ’$ ! 年 月 ， ! ( ( ! ) *+,’- .-,/0-1 2*,3’*3 -456% !((! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 文章编号： （ ） 7((78)9! !((! (!8((:;8(9 多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟 7 ! ) 田亚护 ，刘建坤 ，钱征宇 ，何 平 （ 铁道科学研究院研究生部，北京 ； 北方交通大学 土建学院，北京 ； 7 7(((7 ! 7((()) 铁道部科技教育司，北京 7(()) ； ) 中科院寒区旱区环境工程研究所，冻土工程国家重点实验室，兰州 =(((( ） 摘 要：多年冻土区道路的修筑，改变了原来天然地表与外界的热交换关系，引起多年冻土区冻土的融化， 从而导致路基面破坏。本文运用有限元分析方法，对多年冻土区含保温夹层的路基温度场进行了数值模拟。为 了检验保温材料的效果，计算时采用改变保温材料聚苯乙烯 （ ）层的厚度、宽度、埋设位置及路基表面条 32 件，来模拟路基面下多年冻土季节最大融化深度在今后 年内随时间的变化。通过对计算结果和多年冻土上限 :( 变化的分析比较，得出了在多年冻土区路基中铺设保温材料对路基面下多年冻土具有明显的保护作用，总结出 在多年冻土区路基工程中铺设保温层的合理厚度与位置。 关键词：冻土区；保温夹层；路基温度场；数值模拟 中图分类号：?!7 7) 文献标识码：- 资料更少，给一些关键设计参数如埋设位置及厚度 7 引 言 等的确定带来困难。在这种情况下，对施加保温材 多年冻土区铁路的修筑，改变了地表与大气间 料的路基进行数值模拟和路基热状态的发展趋势的 的热交换关系，从而使通过路堤的年吸热量发生变 分析，可以给冻土区铁路路基工程的设计提供一些 化，导致路堤下冻土上限深度也随之发生变化。根 设计思路。本文对铺设保温层的效果，运用伴有相 据多年的观测资料，虽然青藏高原多年冻土区的气 变的热传导方程的有限元数值解法，模拟分析在不 温冻结指数比融化指数大的多，但是在填土路堤的 同的宽度、厚度、埋深和路基上界面条件下，铺设 高度小于一定的值时，地温的冻结指数要降低，从 32 保温材料板对路基下多年冻土最大季节融化深 而使多年冻土区的冻土融化，冻土上限下降，导致 度在以后 年内随时间的变化，在数值模拟的基 :( 路基沉降，路面毁坏，严重影响道路运营。 础上，总结了在多年冻土区路基工程中埋设保温层 由于青藏铁路格—拉段是建在青藏高原的高台 的合理厚度和位置。 地上，地形相对平缓，绝大部分是路基工程。除了 ! 模型的建立 抬高路堤高度以外，在冻土区路堤填土中间铺设保 温材料也是增大路堤热阻，减少传入路基中热量的 ! # 计算区域 一种重要措施。=( 年代起，前苏联、日本、美国、