基于对流效应的寒区路堤块石层临界高度研究

为了研究块石路堤降温效应与块石层高度之间的关系,基于多孔介质自然对流理论和热传导理论引入了表征寒区块石路堤自然对流降温效应的自然对流指数,利用热传导温度分布函数获得了路堤自然对流指数随块石层高度变化的近似公式。分析表明:自然对流指数最小值对应于路堤块石层的最小高度,而其最大值对应于路堤块石层的最大高度。另外介绍了一种利用自然对流指数近似公式估算路堤块石层临界高度的方法,并具体给出了算例,最后进行了数值验算。结果表明:通过自然对流指数确定的临界高度可为寒区工程的路堤设计提供参考。     

路堤块石自然对流机理的室内模拟试验研究

为研究路堤块石在边界温度周期波动条件下的自然对流发生机理及降温效应的表征参数,采用室内模拟方法对50×50×65cm3尺寸的不同块石试样进行了试验和理论分析,结果表明:平均RAYLEIGH数能描述块石层自然对流的发生情况,不同厚度的块石层将产生不同的对流模式,厚度大的块石层所产生的自然对流降温效应也较大,上层砂砾加下层块石的结构自然对流效应最弱。块石层降温效果取决于块石粒径、层厚及铺筑在路堤中的位置,这一结论对多年冻土地区路堤设计、施工,合理确定块石铺筑层厚、铺筑层位具有现实指导意义。     

开放表面透壁通风管路堤碎石的降温机理分析

为揭示青藏高原冻土区采用的透壁通风管增强开放边界路堤碎石的降温机理,对埋设水平透壁通风管的100cm×60cm×100cm碎石试样进行了室内试验。结果表明:透壁通风管开放路堤碎石存在4种传热过程,即通风管的管壁与管内流动空气的对流换热,外界大气通过路堤碎石开放边界与其内部孔隙空气循环引起的强迫对流换热,管内流动空气通过管壁的透气小孔与附近碎石层内的孔隙空气循环引起的强迫对流换热及路堤表面的热传导换热;当通风期间进入透壁通风管内的空气温度低于通风管周围碎石区域的温度时,路堤碎石通过开放边界及管壁透气小孔使外界冷空气与路堤碎石层内孔隙空气形成的循环运动能增强路堤碎石冬季冷空气引起的降温效果。     

块石路堤、护坡导热系数的实验研究

讨论了块石路堤、护坡试样在表面温度周期波动时自然对流产生的条件,分析了开放系统和封闭系统块石试样内部的热传输机理,以说明其热扩散系数和导热系数的确定方法。指出开放系统的试样由于传热形式不单一而不利于热扩散系数和导热系统的精确测定,而封闭系统试样内部的传热形式以热传导为主。结果表明,可用封闭系统的细长圆柱试样来测试路堤、护坡块石的热扩散系数和导热系数。     

公路路堤软土地基工后沉降的三参数预估模型

引入沉降半衰期的概念,结合初始沉降速率、最终沉降量,建立了路基工后沉降-时间曲线模型的数学特征方程,揭示了传统指数模型和双曲线模型的数学缺陷.基于能量耗散假定,建立了工后沉降-时间关系的三参数模型,并从数学上严格证明了指数模型是三参数模型的上界,双曲线模型是三参数模型的下界,它们均是三参数模型的简化形式.研究结果表明:三参数模型性质与理想工后沉降曲线一致,其克服了2种传统模型的不足.工程实测进一步证明了三参数模型的正确性.     

水工结构与地基共同作用应力分析

对某河口水闸的整体设计作了简要介绍,采用空间Biot非线性固结有限元模型分别对其不同工况下地基土、水、水工结构的共同作用进行数值模拟。详细分析了水闸沉箱底板在挡潮工况下的应力分布随地基土固结的变化情况,计算表明在运行期间沉箱底板、闸墩结构是安全的。最后,探讨了桩尖持力层的变化对闸墩底板地基土应力分布的影响。     

寒区路堤通风管的自然通风能力

针对青藏高原多年冻土地区采用的通风管路堤,利用工程流体力学理论分析了通风管系统中存在的沿程摩擦阻力损失和局部阻力损失,并根据通风管自然通风的驱动力等于路堤两侧的风场压力差,获得了通风管系统考虑沿程摩擦阻力损失和局部阻力损失的风速计算公式.结果表明:运用该公式能快速计算各种路堤通风管的通风能力,便于工程应用;加装采风口通风管路堤比传统通风管路堤能更有利于路堤及其土层的降温.     

基于对流降温效应的青藏铁路碎石护坡层厚度研究

导出适用于变渗透率多孔介质的无量纲控制方程,并针对青藏铁路工程建设,分析了碎石护坡路堤冬季自然对流降温效应的产生和演化过程。通过引入平均Nusselt数来评价碎石护坡路堤的冬季自然对流降温能力,具体分析了平均Nusselt数随碎石护坡层厚度、路面温度振幅的变化关系。数值计算表明,平均Nusselt数并非随路面温度振幅增加而单调增加,而是存在一种初期的下降-恢复效应,且将随碎石护坡层厚度的增加而迅速减弱。根据平均Nusselt数随路面温度振幅变化关系中的下降-恢复效应,可以确定路堤碎石护坡层的最小厚度。     

基于反射率的路面降温机理及其影响因素研究综述

传统的路面热惯性较大,吸热、储热能力强,加剧了城市热岛效应的发展。近年,使用冷路面技术降低城市热岛效应的研究不断增加。基于路面反射率的冷路面技术,分析了反射路面的降温机理及其对室外热环境的影响。分析了太阳热辐射峰值、面层材料、热反射涂层、面层材料含水量及城市构造这5种因素对路面温度的影响。结果表明:太阳辐射峰值随季节呈规律性变化,由于峰值对日最高温度的作用效果不同,使路面夏季降温效果明显优于冬季,既满足夏季降温又降低对冬季路面的不利影响;面层材料对路面温度的作用效果与材料的性能、骨料颜色及路面龄期密切相关;热反射涂层在颜料中添加高折光率材料,通过反射太阳辐射降低路面对太阳辐射的吸收量,从而降低路面热量的积累,颜色越浅反射效果越明显,考虑路面低温对冬季路用性能的不利影响,在路面材料中添加可逆热变色微胶囊,考虑其经济性及光稳定性并未广泛应用;由于水分子对太阳辐射的吸收程度不同,随着面层材料含水量的增加,太阳反射率呈降低趋势,但可为蒸发散热提供源动力;根据城市构造分析,高宽比小于1的峡谷降温效果较好。虽然该5种因素对反射率的影响程度不同,但都不同程度地达到路面降温效果。同时,针对路面反射率现阶段研究的工程应用进行了阐述。