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1.
封闭条件下抛石路堤降温效果及机理的试验研究 总被引：22，自引：13，他引：9
在多年冻土地区道路工程的修筑与维护中, 如何保证多年冻土不退化所采取措施的长期可靠度问题日益为人们所关注. 通过室内试验研究了实际工程中半开放半封闭抛石路堤受到风沙或积雪填埋后,在不同温度变幅条件下的降温效果. 实验结果发现: 在满足一定厚度时, 封闭条件下的块石层仍具有良好的降温效果, 具有可变等效导热系数的特性, 在实验中充分体现了"热二极管效应". 在外界温度变幅较大的条件下, 降温速度和降温效率均大于温度变幅较小的情况. 通过对块石层顶底温差与其顶部温度变化关系, 以及块石层内温度场特征的分析, 证实了封闭块石层内自然对流的真实存在和对流的运动发展趋势. 试验结果为抛石路堤降温的长期可靠性提供了依据. 相似文献
2.
基于多孔介质中流体热对流的连续性方程、非达西流动量方程和能量方程,对强通风条件下青藏铁路典型抛石护坡路基内温度场和流速场的分布形态进行数值研究。研究结果表明,抛石护坡路基对多年冻土保护作用显著,抛石护坡路基的存在使夏季多年冻土上限明显提高,冬季抛石护坡路基下部土体回冻速度较天然地表下部土体更快,由于降温作用主要集中在护坡附近有限范围之内,对路基中部的降温作用相对较弱。整体而言,抛石护坡对冻土路基本体的保护作用有限,从长期降温效果来看,由于全球气候变暖的影响,强通风条件下抛石护坡路基中线以下土体的内部可能产生“似眼球状”融化夹层,不利于路基的稳定。迎风抛石护坡层中空气运动方向大致为沿护坡斜向上,背风抛石护坡层中空气运动方向以从下到上运动为主,抛石层内空气的运动形式为“绕流”,抛石层表面空气速度最大,内部较小,空气速度分布区间为1.24×10-3～12.8 m/s,数值结果与现场试验测得的风速区间基本一致。 相似文献
3.
针对青藏高原冻土区高速公路拟采用的透壁通风管碎石路堤,进行了表面开放和封闭透壁通风管碎石试样降温效果的室内试验,分析比较了表面开放和封闭边界条件对透壁通风管负温通风增强碎石路堤降温效果的影响差异。分析表明,表面开放和封闭透壁通风管碎石路堤都以外界空气通过管壁透气小孔与通风管附近碎石区域孔隙空气循环产生的强迫对流传热增强降温作用,另外,表面封闭透壁通风管碎石路堤能够在上部碎石区域产生孔隙空气循环的自然对流降温效应。因此,表面封闭透壁通风管碎石路堤的降温效果更为显著。 相似文献
4.
青藏铁路抛石护坡和保温材料复合路基温度场特征非线性分析 总被引：1，自引：1，他引：0
采用多孔介质中流体的连续性方程、动量方程及能量方程,针对青藏铁路的气温和地质条件,对抛石护坡路基(无保温材料)及其在靠近路基顶部增设保温材料后的温度场特征进行了分析和比较.结果表明:在年平均气温为-4.0℃的青藏高原多年冻土区,考虑未来50 a气温上升2.6℃条件下,抛石护坡路基对其下部多年冻土可起到一定的保护作用;但由于气温升高的影响,路基中心处出现终年融化夹层;计算中发现当抛石护坡达到一定厚度时,单纯依靠增加抛石护坡厚度并不能明显增加其对路基中心处的降温效果;而增设保温材料后的抛石护坡路基可有效减小路基中出现的融化夹层,确保冻土路基的稳定.因此,建议在高温多年冻土区使用抛石护坡路基结构时,应考虑使用保温材料作为一种对抛石护坡路基进行保温补强的措施. 相似文献
5.
两种热模拟体系下有机质生气特征对比 总被引：11，自引：1，他引：10
对海相Ⅱ1型有机质在封闭体系和开放体系下开展了产气率热模拟实验,并对其在两种体系下的产气率和生气模式进行了对比研究。在开放体系下,样品产气率较低,Ⅱ1型有机质产气率为84.2m3/吨·TOC,但在封闭体系下实验热模拟产气率很高,Ⅱ1型有机质产气率可达371.2m3/吨.TOC;在开放体系下Ⅱ1型有机质大量生气阶段R o为1.0%～1.5%之间,在封闭体系下Ⅱ1型有机质大量生气阶段在R o在1.5%～2.5%之间。在不同实验体系下有机质产气率和生气模式的差异主要与有机质的生气机理有关,在开放体系下有机质主要为干酪根裂解气,而在封闭体系下有机质生成的天然气为原油和干酪根裂解的混合气。 相似文献
6.
边界条件对碎石层降温效果及机理的影响 总被引：22，自引：14，他引：8
对平均粒径为22.1 cm, 厚度1.3 m, 边界为开放和封闭的碎石层进行了一系列的实验. 从环境温度为最高和最低时刻封闭碎石层内的温度和速度分布可知: 当碎石层上表面温度低于下表面时,碎石层自下向上的散热由空气对流和碎石间的热传导来完成; 当上表面温度高于下表面时, 自上向下传递的热量由碎石接触面间的热传导完成, 此时, 由于其内部的空气几乎静止, 能阻隔热量的传入, 因此封闭边界的碎石层具有热半导体特性. 而开放边界的碎石层, 当平均温度为 0.5℃的空气从上表面吹过时, 碎石体内的热量传递主要是靠强迫对流来完成, 热半导体效果不明显, 不利于使其下面的冻土降温. 相似文献
7.
气候变暖背景下,块石路基及通风管-封闭块石基底复合路基成为多年冻土区高等级公路冷却路基的主要结构形式. 为探明不同直径块石层的渗流特征和规律,开展了立方排列球体室内风洞试验,一方面获得了渗透率和惯性阻力系数及其与球体直径间的统计关系;另一方面得到了球体层内部压力梯度与渗流速度呈二次非线性关系. 基于该试验得到的参数和关系,采用多孔介质中流固耦合传热模型,通过有限体积法模拟了柴木铁路块石路基的降温效果,并利用实测数据验证了模型及参数的可靠性. 在此基础之上,以青藏高等级公路特殊路基为原型,使用该传热模型开展了封闭块石基底路基和通风管-块石复合路基长期冷却降温效果的数值模拟研究. 结果表明：封闭块石基底路基和通风管-封闭块石复合路基在研究期内均有降温效果,可以提高路基下人为上限,而块石夹层路基在一定时期内可以提高冻土上限,但下部土体温度升高,长期降温效果较差. 相似文献
8.
抛石爆破挤淤的过程主要分为4步。第1步是直接进行抛石挤淤;第2步是在堤头前方的淤泥内进行首次堤头爆破,使淤泥的强度降低,抛石和淤泥之间的平衡被打破,抛石向淤泥内滑移和下沉,直至达到新的平衡;第3步是补填后再次进行爆破,并依次循环;第4步是每50m进行一次侧爆。通过改变淤泥强度的方式来代替爆破作用,利用有限元数值模拟方法对这4个过程进行了模拟,在此基础上进行了挤淤效果的预测。通过工程实例,进行了理论预测与钻探、探地雷达实际检测结果的对比,证实数值模拟的结果是正确的。模拟结果表明经过抛石爆破挤淤4个步骤的处理,抛石最终会形成稳定的马蹄形海堤。 相似文献
9.
不同边界条件对多年冻土上限影响的模型试验研究 总被引：17，自引：10，他引：17
在全球气候转暖对多年冻土影响的情景下，开展了在多模式下气温升高对冻土上限的影响试验研究。针对不加抛石遮阳棚、加抛石、加抛石遮阳棚3种情况，地表温度均采取基本温度加2次不同升温冻融循环，每次温控指标逐级提高0.5℃，即地表温度3次变化依次按照-16.1～5.8～-13.3℃、-15.6～6.3～-12.8℃、-15.1～6.8～-12.3℃进行，结果表明，加抛石及遮阳棚对多年冻土上限有着明显的影响，冻土上限的变化与气温基本上呈正相关，为寒区道路工程设计与施工提供了理论参考依据。 相似文献
10.
下边界条件对多年冻土温度场变化数值模拟的影响 总被引：1，自引：1，他引：0
在气候变暖背景下,北半球多年冻土呈现不同程度的退化趋势,冻土升温、活动层增厚、地下冰消融改变了区域工程地质条件、地形地貌,不仅对寒区环境和工程稳定性造成潜在的威胁,还影响着这些地区的气候、水文和生态过程。因此,准确评估和预估多年冻土热状况的变化具有重要科学和实践意义。现有用于模拟多年冻土热状况的各类模式重点考虑了近地表温度场变化对多年冻土的影响,主要集中于对气温和浅表层物理过程和参数化方案等改进和优化,而对于下边界条件设置对多年冻土热状况模拟的影响少有讨论。基于一维热传导冻土模型,以五道梁地区的多年冻土为研究对象,通过设置不同的下边界方案进行模拟实验,定量评估百年尺度气候变化下不同下边界条件对多年冻土温度场变化数值模拟的影响。结果表明：近地表层（<3 m）的温度场完全由年际气候变化决定,浅层（3~15 m）及中层（15~30 m）的多年冻土温度场受下边界条件的影响逐渐显著,深层（>30 m）的地温对百年尺度气候变化的响应不仅与气候变化的幅度有关,还与多年冻土相变热的多少有直接的关系。下边界条件不恰当的设置方式会对大尺度的气候变化下多年冻土消融程度的计算造成较大的影响,进而可能对深层地温乃至多年冻土区面积变化造成严重的误判。因此,开展百年尺度多年冻土温度场变化模拟时,应采用深层或多年冻土底板以下融土层的稳定地热流作为下边界条件。 相似文献
11.
冻土地区三角形块石路基与水平块石路基的保冷效果研究 总被引：2，自引：2，他引：0
Time varying temperatures and pore-air velocities in two gravel embankments, horizontal and triangular gravel embankments, are studied using the "Rock-Block model" and the results are visualized in the form of isotherms and velocity vectors for different times of the year. Simulation results show that for both the two embankments there is a counter-clockwise rotation of pore-air extending throughout most of the embankment during winter months, whereas in summer the pore-air rotation changes to the opposite. The pore-air velocities in the triangle gravel embankment are somewhat higher than those obtained from the horizontal gravel embankment. The stronger convection in winter enhances the upward transport of heat out of the triangle gravel embankment, thus having more apparent cooling effect than the horizontal gravel embankment. During summer months, the pore-air velocities are nearly the same for both the two embankments. The results of the present study show that though the two gravel embankments have the effect of cooling the permafrost beneath, the temperature fields in the triangle gravel embankment are a little lower and more stable compared with those gotten from the horizontal gravel embankment, showing that the triangle gravel embankment has more apparent cooling effect than the horizontal one. 相似文献
12.
This paper presents semi-analytical solutions to Fredlund and Hasan’s one-dimensional consolidation for unsaturated soils under symmetric semi-permeable drainage boundary conditions. Two variables are introduced to transform two coupled governing equations of pore-air and pore-water pressures into an equivalent set of partial differential equations, which are easily solved by the Laplace transform. Then, the pore-air and pore-water pressures, and soil settlement are obtained in the Laplace domain. Crump’s method is adopted to perform the inverse Laplace transform in order to obtain semi-analytical solutions in time domain. It is shown that the present solution is more applicable to various types of drainage boundary conditions, and in a good agreement with existing solutions from the literature. Furthermore, several numerical examples are provided to investigate the consolidation behavior of an unsaturated single-layer soil with traditional drainage boundary (single or double), and single-sided and double-sided semi-permeable drainage boundaries. Finally, it illustrates the changes in pore-air and pore-water pressures and soil settlement with time at different values of symmetric semi-permeable drainage boundary conditions parameters. In addition, parametric studies are conducted by the variations of pore-air and pore-water pressures at different ratios of air-water permeability coefficient and the depth. 相似文献
13.
In permafrost regions, many methods about active cooling embankment are put forward, one of these representations is ventilated embankment, its cooling effect is the result of the air convection in the duct, and this leads to reducing the annual average ground temperature. The present work in this article is to determine the boundary conditions of the ventilated embankment and natural ground in numerical work. There are several effects which influence boundary conditions, they are: radiation, evaporation,phase change, convection and embankment material etc. Radiation and convection are the main effects in those. We mainly consider sun radiation in this article. The added-surface effect in ventilated embankment lowers its temperature, so the temperature on the wall of the ventilated embankment is different from the temperature in atmosphere. There are two methods in determining the surface temperature, experimental method and experiential method. Detailed research is discussed in the article. 相似文献
14.
给出了真空预压区四周开敞式与封闭式边界定义、两者的不同,分析了开敞式边界加固效果优于封闭式边界的原因并以三个实例说明之,给出如何将封闭式转化为开敞式的方法;柔性与刚性密封膜同样可构成开敞式与封闭式边界,讨论了此时两种边界下差别;给出了密封墙和支挡墙的定义、功能、应用范围;讨论了水泥搅拌与旋喷桩单体墙与格栅墙的定义、功能、应用范围,前者只能作为密封墙,后者既可作密封墙也可作支挡墙. 相似文献
15.
寒区高等级公路宽幅路面比普通路面吸热面积更大,增加了保证路基稳定性的难度.在对其进行路基温度场的稳定性分析时,传统的有限元方法都是进行确定性分析,没有考虑到边界条件等因素的随机性、变异性,因此不能得知以上随机因素引起温度场的变幅.采用随机有限元法,由温度场的变分原理,通过摄动法建立随机温度场,从而得到随机温度场的有限元格式,理论公式可广泛适用于其他工程随机温度场问题. 将宽幅路基气温边界条件参数设为随机变量,考虑升温效应,对寒区宽幅路基温度场进行计算,分析了温度场均值和方差的分布规律.结果表明：宽幅路基中部聚热效应明显,路基下部出现厚度不均匀的融化盘,可能造成路基不均匀沉降;边界条件的随机性造成温度场方差分布呈明显的边界效应,即越靠近路基上边界温度场方差越大,在一定深度以下趋于零.此外,不论是路基下出现的融化盘,还是温度场方差分布下边界都将随时间增长而扩大. 相似文献
16.
铁路碎石道碴层导热系数测试研究 总被引：13，自引：3，他引：13
采用稳态比较法，对铁路碎石道碴层的导热系数进行了测试．试验在常温条件下，分别对底部加热及顶部加热两种情况进行了研究．结果表明：当碎石道碴层顶、底面之间的温差较小时，顶部加热及底部加热两种试验条件下测得的导热系数基本相同；而当碎石道碴层顶、底面温差较大时，底部加热条件下的导热系数明显地大于顶部加热条件下的导热系数．在底部加热条件下，碎石道碴层的导热系数随温差的增大而逐渐增大．碎石道碴层具有吸热和放热条件下传热的不对称性，合理地利用碎石道碴层的这一传热特性，可望对路基下多年冻土起到积极的保护作用。 相似文献
17.
This note presents an analytical solution to one-dimensional consolidation in unsaturated soils with a finite thickness under confinement in the lateral direction and vertical loading varying exponentially with time. The boundary conditions are that the top surface is permeable to water and air and the bottom is impermeable to water and air. The transfer relationship between the state vectors at the top surface and any depth is gained by applying the Laplace transform and Cayley-Hamilton mathematical methods to the governing equations of water and air, Darcy’s law and Fick’s law. The excess pore-air and pore-water pressures and settlement in the Laplace-transformed domain are obtained by using the Laplace transform with the initial and boundary conditions. By performing the inverse Laplace transforms, the analytical solutions of the excess pore-air and pore-water pressures at any depth and settlement are obtained in the time domain. 相似文献
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用物理模拟研究地幔上隆与大陆裂陷伸展 总被引：4，自引：2，他引：2
通过脆延性双层模型,在满足相似要求的前提下,模拟了三种边界条件下的上隆与伸展。模拟结果表明:两侧边界固定时,上隆能产生拱张断裂,然而它引起的侧向分流比较小,基本不能形成伸展;存在半开放或开放边界时,可以产生大规模的伸展,但伸展主要沿上隆早期产生的张裂进行,显然,上隆产生的张裂为后续伸展奠定了基础,同时上隆加速了延性层向开放边界方向流动,促进了伸展;另外,在上隆-伸展过程中普遍存在延性层被动上隆。这些实验结果说明,地幔主动上隆引起伸展是有条件的,需要边界条件的配合;被动上隆是普遍存在的,它是重力均衡作用的必然结果。 相似文献