针对XPS板隔热层在多年冻土区路基中应用的适宜性展开研究,分析了XPS板路基形式的温度随深度、宽度和时间的变化情况。结果表明:各个测点的地温年变化近似均呈现正弦分布形式,且地温周期大致相同;各个测点的全年温差随深度增加均减小,可推断出活动层厚度;路基横断面对称位置处呈现不对称性,可能导致路基的不均匀变形。研究成果可进一步为类似工程提供依据。
根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程,编制了有限元公式,在考虑气候变暖的条件下,应用有限元公式对青藏铁路不稳定冻土段旱桥的温度特性进行了三维数值分析,结果表明修建于高温不稳定冻土地段的旱桥在未来20年的运营过程中对桥桩周围的冻土有很好的制冷作用,能很好地保护冻土,保证铁路的运行安全,同时也说明了在建的青藏铁路在高温不稳定冻土地段采用旱桥的形式是可行的。
由于铁路道碴铺层的对流换热为多孔介质的热传导问题,为解决青藏铁路路基温度场的计算,本文根据多孔介质中流体热对流的连续性方程、动量方程和能量方程,引进流函数并应用伽辽金法导出了多孔介质对流换热的有限元公式,并对普通道碴路基、抛石护坡路基和抛石路基的温度场进行了分析比较。计算结果表明,普通道碴路基的修建将使路基下冻土的温度升高,使冻土路基出现热不稳定。抛石路基和抛石护坡路基均能降低冻土路基的温度,向路基提供冷能,但抛石路基耗费石料较多,而抛石护坡路基所需石料相对较少,成本较低,因此大力推荐该种路基结构作为青藏铁路高温冻土区的路基结构,以便最大限度地保护冻土路基。
应用有限元方法 ,对一通风路基的温度特性进行了三维数值分析 .该路基在离天然地面 1m铺有管径为 0 .4m的通风管 ,通风管之间的距离为 2m ,所在地区年平均气温为 - 3 .5℃ ,年温较差 2 4℃ .数值分析表明 ,通风路基能使其下面的融化盘减小 ,最大融化深度减小 ,0℃等温上移 .该现象说明通风路基有对冻土制冷的作用 ,能达到降低冻土路基温度 ,保证冻土路基稳定的目的 .
