基于冻土路基温度场的试验研究及仿真分析

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1、冻土路基温度场的试验研究及仿真分析密级：公开ExperimentResearchOiltheDistributionofTemperatureFieldinFrozenSoilEmbankmentandSimulationAnalysis(申请石家庄铁道学院授予工学硕士学位论文)培养单位o．专业：研究生：指导教师：土木工程分院岩土工程申骞岳祖润教授二oo七年一月摘要摘要本文以青藏铁路清水河段为背景，根据该试验段高寒、高海拔的自然环境以及多年冻土的不良地质条件，对多年冻土温度场受路基施工的扰动规律进行了分析。在综合考虑了太阳辐射

2、、气温、风速、风向及蒸发等真实气象条件下，提出将诸多气象因素叠加为第1类边界条件的建模方法，建立了路基非稳态温度场有限元分析模型：应用ANSYS9．0大型有限元软件，对不同断面、不同地基高度、不同季节的冻土路基温度场进行有限元计算。通过有限元计算结果与实测结果的比较，验证了模型的可行性。分析了冻土路基温度分布对其沉降变形的影响规律。研究表明：1)青藏高原多年冻土区的冻土环境十分脆弱，铁路路基的修筑，改变了原来天然地表与外界的热交换关系。填土热量的下传，使冻土路基上限受到扰动，在路基地基面下一定深度范围内形成了融化夹层，它是控制

3、着路基自身稳定后沉降变形的主要因素，也使得多年冻土在垂向上呈现出不衔接状的特点。2)由于路堤走向和冻土区气候等原因，造成了路堤阴阳两面热量不平衡，阳面一侧吸收的热量远大于阴面--N，阳面一侧多年冻土的融化深度大于阴面一侧，使得融化夹层的中心向阳面一侧偏移，进而造成路基两侧的不均匀沉降。3)由于路堤填土热量随时间的增长慢慢消散，直至最后消失，预测了远期路基是稳定的，并计算出了路基阴阳两面温度的差异。保护冻土环境是保证路基稳定的前提，由此提出了一些青藏铁路基施工期和运营期采取的保护冻土环境措施。关键词：冻土路基，温度场，冻土上限，

4、变形，冻土保护AbstractBasedontheQingshuiheproject，apartofQinghai—Tibetrailway,accordingtothebadgeologicalcondition(highaltitude，hi曲coldregion，permafros0，thispaperanalyzestheinfluencerolesofembankmentconstructionontemperaturedistributionofthepermafrost．Inthispaper，manyactua

5、lmeteorologicalfactorssuchassolarradiation，airtemperature，windvelocity,winddirectionandsoilmoistureevaporationwereconsidered，andanewmodelingmethodtoaddthemasthefirstboundaryconditionswasputforward．Accordingly,FEMmodalsofembankmentthermalreglmeweresetup．Thetransientt

6、hermalregimeinembankmentwerenumericallyanalyzedbyFEMsoftwareANSYS9．0withdifferentcross—section，differentembankmentdepth，differentseason．Thefeasibilityofthemodelwasvalidatedbycomparingthefiniteelementresultandthemeasuredresult．Moreovertheinfluenceofthetemperaturedist

7、ributionofthepermafrostembankmentonitsdeformationwasanalyzed．Researchindicate：1)ThefrozensoilenvironmenthasbeenveryfragileinQinghai—Tibetplateaupermafrostareas，Embankmentconstructiononpermafrostwouldgivesubstantialdisturbancefortheheattransferbalancebetweentheground

8、surfaceandenvironment．Theheatofembankmentpassingdowntothegroundmakestheupperlimitofthepermafrostroadfall，andlittlebylialeathawinginterlaye