粒径对块石层自然对流特性影响的试验研究

用粒径为5～8,8～15和15～20 cm的3种块石分别填筑成块石层模型,在实验室内研究它们的空气自然对流特性。结果表明,在块石层模型下表面保持20℃而上表面从20℃降至-20℃的过程中,模型内均产生了Benard流,而且模型内空气自然对流的强弱与块石的粒径有关,粒径为15～20 cm的块石层模型内气流速度最大,约为2.2 m.s-1;粒径为8～15 cm的最小,约为1.5 m.s-1,这种变化主要是由块石层内热弥散效应以及块石与空气间接触面积的改变而引起的。控温方式对空气自然对流影响的研究表明,由模型上表面降温所产生的空气自然对流效应强于在块石层模型下表面升温,故在实际工程中,冬季块石层内的空气自然对流更易于发生。针对模型内空气流速计算值均比实测值小的问题,建议在进行多孔块石结构对流换热理论计算时,应考虑块石层模型的假设条件、热弥散作用、流动惯性以及空气热物性随压力的变化等的影响。     

路堤块石自然对流特性的室内试验研究

通过室内试验,对青藏铁路路堤块石自然对流过程中风速场和温度场特性及其变化规律进行研究。结果表明:在初始控温一段时间后,风速场趋于稳定,对流涡包由无序状态逐渐发展为单胞状态;降温过程中,块石层内温度场的变化较规律,尽管对流涡包形状和大小稍有变化,但一直处于单胞状态,对流中心位于块石层中部;尽管温度场变化会引起风速场变化,但当温差达到一定值后,虽继续增大,最大风速基本不再变化,且仍位于块石层中部;自然调温过程中,由于产生热交换,块石层内温度场发生较大变化,块石层内整体温度升高,且温度场变化较混乱,风速场极不稳定,对流涡包由较为规则的单胞状态,逐渐进入无序状态。     

高原冻土铁路路基温度特性的有限元分析

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。     

高原多年冻土区块石路基施工技术问题探讨

块石路基是青藏铁路高原多年冻土区路基工程主要的工程措施之一。本文介绍了高原多年冻土区块石路基的施工技术及工艺参数。采石场块石采用冲击气锤解小、挖掘机挑选、筛分台筛选等措施控制块石粒径;严格控制路拱厚度和横坡,避免地表水进入路基基底,减弱通风效果;块石层采取一次倾填到位,保证块石层中有足够的孔隙满足通风效果。块石层顶面采用5～10 cm小石块封闭找平,防止反滤层漏入块石层中堵塞孔隙影响通风效果。填筑反滤层前在块石层边坡上覆盖彩条布,防止在反滤层和路基填筑时填料散落到边坡上造成块石层孔隙堵塞。     

多年冻土区风积沙与块石混合层对降雨的水热响应分析

结合青藏铁路风积沙填堵块石路基特征,利用降雨观测数据,采用数值模拟计算分析降雨条件下风积沙与块石混合层的水热响应特征。结果表明:在年平均气温较高区域,降雨能够抬升冻土上限和降低冻土温度。风沙填堵块石层后,总等效体积含水量在浅表层降低,在冻土上限附近即深度-3.0～-2.0 m处呈增加趋势。同时夏季液态水体积含量和冬季体积含冰量增大,风积沙块石层下部冻土存在水分累积。天然土层下部水分含量变化小,受降雨影响不大。风沙填堵块石层后其下部土层的水分累积,会引起冷暖季节的冻胀融沉,应加强防排水设计措施,防止因路基坡脚积水造成侧向入渗。     

季节性冻土区隧道保温层御寒保温技术研究

为了满足交通的便捷和时效性,我国修建在寒区的隧道工程越来越多。针对困扰季节性寒区隧道工程的冻害问题,以季冻区桦皮岭隧道为依托,开展寒区隧道保温层御寒保温技术研究。首先,开展现场环境温度和竖直钻孔隧道洞口段围岩温度场变化监测,获得计算模型所需精准温度荷载及地表活动层围岩温度场受影响范围;其次,建立基于Fluent流体计算软件的"围岩-衬砌-保温层-空气"气固耦合计算模型,并通过对比现场地勘资料验证计算模型的合理性;最后,对不同保温材质、不同铺设厚度和铺挂方式进行了对比分析。结果表明:围岩温度场随外界大气温度呈近似三角函数周期变化,但"滞后效应"明显;地表活动层围岩温度受影响范围约为8 m;设置保温层处内外温度存在"跳跃"现象,内外温差最高达8℃;硬质聚氨酯保温材料较聚酚醛泡沫塑料和泡沫玻璃御寒保温效果分别提高了近20.6%和80.9%;最优保温层厚度为5 cm,最优铺挂方式为衬砌内表面铺设。     

路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道湿度场分析

建立路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道湿度场计算模型,采用节点耦合法,设计1稳态+3瞬态的4阶段计算流程,按照施工顺序依次对各层构件的早期湿度场进行分析,并分析服役阶段层间积水对CA砂浆层内湿度的影响.结果表明:路基基床的稳态湿度场沿深度呈指数分布;支承层与轨道板的水化自干燥效应主要发生在浇筑后前7 d,而大气湿度的日波动...     

典型多层地铁车站中间层起火时的通风模式优化分析

以某典型3层十字交叉换乘地铁车站为研究对象,针对地铁车站内可燃物的状况,设计峰值为2MW的t2-增长稳定火源,根据地铁车站结构、各层公共区防烟分区和通风系统设置,将紧急通风模式分为起火层下层送风机组关闭和开启2种。选用计算流体力学软件FDS5.0,将火源设置在地下2层靠近站台端部处,建立地铁车站三维模型,采用大涡模拟(LargeEddySimulation)方法对起火层机械排烟效果进行模拟。对起火层内流场、温度场和速度场的分析结果表明:开启地下3层送风机组可使补向地下2层的风量和地下2层的压力增加,有效地降低火源所在防烟分区内的烟气层厚度和温度,实现更好的防排烟效果。     

寒区铁路路基微型盾构置换方法及防冻胀效果

针对寒区铁路路基冻胀整治难题,以我国一寒区铁路路桥过渡段冻害整治工点为依托,介绍了一种可在运营条件下实施的路基微型盾构置换方法。基于数值计算软件建立了环境-路基-盾构置换层-地基的多层结构水热力耦合模型,采用数值计算方法分析路基内部水分场、温度场、冻胀变形场的影响机理及演化规律,验证了盾构置换层所起冷屏障层、水分阻滞层、零冻胀填料夹层等预期效应。综合现场测试和计算结果分析,论证了微型盾构置换方法用于路基冻害整治的有效性与实用性。     

多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟

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（EPS）层的厚度，宽度，埋设位置及路基表面条件，来模拟路基面下多年冻土季节最大啧2化深度在今后50年内随时间的变化，通过对计算经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。     

块石层对其下部路基土体温度的影响

块石调温路堤是多年冻土区铁路设计施工中采取的一项积极主动保护冻土的措施。本文根据野外观测资料 ,对两种不同粒径块石层下地温状况给予了初步的分析。结果表明 ,暖季粒径为 5～ 8cm的碎石层热屏蔽作用要好于片石层 ,而冷季粒径为 4 0～ 5 0 cm的片石层对流作用要强于碎石层。块石层阴阳面下地温分布具有不对称性 ,表现为阳面下地温高于阴面下的地温     

横风环境中复线路堤上高速列车的气动性能

建立了横风环境中高速列车运行于复线路堤上的三维空气动力学模型,开展了路堤高度和列车在复线路堤上的位置对高速列车气动性能影响的数值计算与对比分析。结果表明,路堤上列车周围的气流流速大于平地上的气流流速,导致路堤上列车气动性能较平地上恶劣;路堤高度和横风速度对高速列车在下风线上和上风线上气动性能的差异有重要影响;列车在下风线上运行比在上风线上运行更容易发生倾覆。     

青藏高原多年冻土区通风管路基传热规律研究

研究目的：通风管路基作为一种新型的路基结构，具有降低多年冻土地温抬升路基人为上限的性能，对多年冻土区铁路的建设及运营提供安全保证。本文结合青藏高原多年冻土区特殊的气候条件及空气流通特征，对通风管内空气对流形式进行分析，并通过传热学基本理论对多年冻土区通风管路基体的传热规律进行研究。研究结果：文章经过系统分析和研究，提出了青藏高原多年冻土区通风管路基的传热理论。认为青藏高原多年冻土区通风管路基的传热方式主要为空气的强迫对流、自然对流及热传导3种，并通过理论计算及试验得出使通风管路基达到最大功效的合理的长径比。     

基于离散元数值模拟的桩承式加筋路堤土拱效应研究

桩承式加筋路堤能有效控制地基沉降和侧向变形,可快速填筑施工,大大缩短施工工期。土拱效应是桩承式路堤的主要工作机制,目前有多种模型。然而,对于不同路堤高度条件下桩承式加筋路堤土拱效应演化重视程度还不够。本文通过桩承式加筋路堤离散元数值模拟,验证了路堤变形为同心椭圆模式,高路堤条件下路堤存在等沉面且等沉面高度随路堤填筑高度增加而减小;揭示了填料高度增加下的桩承式路堤土拱效应变化规律以及桩承式加筋路堤土拱高度随路堤高度增加而降低的现象。     

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。     

青藏铁路清水河地区路基下伏多年冻土地温变化特征研究

研究目的:分析青藏铁路施工区多年冻土上限的变化规律以及填筑铁路路基施工对下伏多年冻土赋存条 件的影响。 研究方法:系统分析埋设在青藏铁路清水河地区路基中2个断面内的共8个地温测试孔3年来采集的地温 观测资料,研究该地区铁路路基下伏高原多年冻土融化特征。 研究结论:由于受到填筑路基时赋存在路基填料内的热量的影响,铁路路基下伏多年冻土近地表的地温变 化特征与天然地面下的多年冻土的地温变化特征有明显的不同,且向阳面与被阴面差别较大。多年冻士的上限 在施工初期会有一个明显的下移沉降,随着时间的推移,虽然残存在路基中的热量逐渐消散,多年冻土上限下 降会逐渐稳定,但由于受到太阳辐射和路基边坡形状及融化夹层的影响,多年冻土上限会逐渐稳定,但不会在 短时期内上升到天然地面下多年冻土的上限水平。     

地铁车站内空调控制温度及系统运行模式

基于对广州地铁站内气流温度、速度的实测,计算相应的相对热指标(RWI),发现虽然能够按照《地铁设计规范》要求,实现从室外到站厅、站台厅温度的递减,但RWI值波动较大,导致乘客在行进过程中无法获得"暂时舒适"。因此,提出根据室外逐时温度,给定适当的相对热指标差值,确定地铁站内夏季空调各时刻运行控制温度,以满足乘客的过渡性舒适要求。根据室外逐时温度变化及客流量的波动,计算地铁站台厅内夏季典型日逐时负荷及逐时送风量,提出夏季风机分时段改变运转速度或运行台数的运行方案。探讨两种极限热损失率(HDR)所对应的冬季地铁车站内的控制温度,提出冬季站台厅温度的调节范围。     

青藏铁路自动温控通风试验路基观测结果分析

自动温控通风路基(自控路基)是基于通风路基的一种新型工程措施,自控系统通过充分利用冷能,可在很大程度上提升通风路基的降温效能.青藏铁路北麓河试验段自控路基的现场观测资料表明,自控系统实施后,通过暖季对通风管内对流换热作用的限制,路基的传热方式以热传导为主,由此使得通风管内整体升温幅度均小于通风路基,自控路基通风管内温度较通风路基约低1.0℃,且中心温度最低;在自控路基中,路基下3.5 m深度原多年冻土上限附近的地温降温幅度更为显著,在自控措施实施后两年的时间里,通过与通风路基对比发现,两者最高温度在降温过程基本一致的情况下,最低温度差值呈现不断扩大的趋势,观测期内最大差值为0.45℃;路基下3.0～3.5 m位置的热流计算表明,自控路基对应的年均放热热流量约为通风路基的2倍,即从传热角度说明,通过自控系统的实施可以提高通风路基的降温效能1倍左右;同时,自控措施将通风路基有效放热时间增加约40 d,这也是自控路基降温效能表现突出的原因之一.     

无缝线路稳定性及有效保证措施研究

研究目的:无缝线路在长轨条范围消除了轨缝,在轨温改变时钢轨的伸缩受到限制,当轨温升高时,钢轨内将产生巨大的温度压力,温度压力超过一定限值时,钢轨可能会臌曲变形,使轨道丧失稳定。有些特殊地段,如桥梁、无缝道岔区,由于结构特点,还会在钢轨内产生多余的附加力,在半径较小的曲线地段,无缝线路抗失稳能力降低,对无缝线路稳定性提出了更高的要求。研究结论:在特殊地段,如桥梁、无缝道岔区及小半径曲线地段,传统的提高无缝线路稳定性措施有一定的局限性,通过采用外侧支挡或内侧加拉杆、使用整体道床、使用小阻力扣件、使用伸缩调节器、设置道床插板等措施,可以有效地解决特殊地段无缝线路的稳定性。     

分幅距离对青藏高速公路分离式路基动力响应的影响

为研究地震波作用下分离式路基的动力响应特性,结合现场钻孔资料,以标准断面的分离式路基为研究对象,采用二维非线性动力有限元非关联流动法,建立2幅坡脚距离分别为5,10,15和20 m的路基模型。通过施加50 a超越概率2%,10%和63%的地震波,得到分幅距离变化对路基地震动力响应的影响效应。研究结果表明:路基表面的Mises应力值大小受坡脚距离变化影响较大,对天然地表与坡脚影响微小,而对剪应力S12值大小的影响规律与此相反;随着坡脚距离的增加,路基表面与天然地表的水平峰值位移呈现先升高后降低的变化规律,在10 m坡脚距离的参考点水平峰值位移出现极大值。研究结果为青藏工程走廊内的路基选型布线与抗震设计提供一定参考。