多年冻土区风积沙与块石混合层对降雨的水热响应分析
发布时间：2021-11-27 08:15
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。
【文章来源】：铁道学报. 2020,42(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
青藏铁路红梁河风积沙填堵块石路基现场调查
根据现场及室内风积沙测试结果,风积沙颗粒以0.075～0.5 mm为主,其中0.075～0.25 mm占比57.3%,比表面积小,亲水性弱,由于青藏高原降水量小蒸发量大,其天然含水率较低。风积沙渗透性较好,孔隙比在0.482～0.641之间,其渗透系数为0.010～0.023 m/s[12-13]。夏季降雨通过风积沙较易渗入块石路基下部,改变了下部冻土水热状况。采用水热耦合模型,对降雨环境下冻土水热分布和变化特征进行计算分析。2 风积沙填堵块石层水热耦合控制方程
青藏高原中部地区降雨时间一般从每年4月至10月,其中7月份降雨量比较显著,年累计降雨量为300～500 mm之间,陆面蒸发过程集中在每年5—10月份,以7月份蒸发最为强烈[25]。青藏高原中部地区降雨量不大,多以短期、高频次降雨为主。因此地表按照无积水、无径流考虑。各介质层水分运动参数见表2,保温层按隔水材料计算。土层表面蒸发强度按均一值考虑,蒸发量以7月平均日蒸发量计算,取为3.07 mm/d[8]。表1 各介质热物理参数[21] 土层 λf/(W·m-1·℃-1) Cf/(kJ·m-3·℃-1) λu/(W·m-1·℃-1) Cu/(kJ·m-3·℃-1) L/(kJ·m-3) 砂砾土 2.610 1 863 1.910 2 401 2.318×104 强风化泥岩 1.824 2 122 1.474 2 413 3.811×104 风沙填堵后块石 1.187 1 465 1.187 1 465 0 保温板 0.029 240.6 0.029 240.6 0
【参考文献】：
期刊论文
[1]风积沙环境下高等级公路冻土块石路基降温性能分析[J]. 韩风雷,张学富,喻文兵,韦良文,周杰. 冰川冻土. 2018(03)
[2]Long-term thermal regimes of the Qinghai-Tibet Railway embankments in plateau permafrost regions[J]. NIU Fu un,LIU MingHao,CHENG GuoDong,LIN ZhanJu,LUO Jing,YIN GuoAn. Science China（Earth Sciences）. 2015(09)
[3]冻土水热耦合方程及数值模拟研究[J]. 白青波,李旭,田亚护,房建宏. 岩土工程学报. 2015(S2)
[4]冻土斜坡路基温度水分分布特性分析[J]. 毛卫南,刘建坤. 铁道学报. 2015(06)
[5]风积沙对青藏铁路块碎石路基降温效果的影响[J]. 陈琳,喻文兵,韩风雷,刘伟博,易鑫. 冰川冻土. 2015(01)
[6]基于微观结构的青藏高原风积沙导热系数变化机理研究[J]. 陈琳,喻文兵,杨成松,易鑫,刘伟博. 冰川冻土. 2014(05)
[7]青藏铁路典型路段风沙灾害现状与机械防沙效益估算[J]. 牛清河,屈建军,张克存,韩庆杰,韩光中,马瑞. 中国沙漠. 2009(04)
[8]开放和封闭条件下块石结构路基下部土体降温效果差异[J]. 吴青柏,董献付,蒋观利. 岩石力学与工程学报. 2006(12)
[9]封闭与开放抛石路堤降温效果及机理对比试验研究[J]. 张明义,赖远明,喻文兵,张建明. 岩石力学与工程学报. 2005(15)
[10]封闭条件下抛石路堤降温效果及机理的试验研究[J]. 赖远明,张明义,喻文兵,高志华. 冰川冻土. 2004(05)
本文编号：3521889
【文章来源】：铁道学报. 2020,42(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
青藏铁路红梁河风积沙填堵块石路基现场调查
根据现场及室内风积沙测试结果,风积沙颗粒以0.075～0.5 mm为主,其中0.075～0.25 mm占比57.3%,比表面积小,亲水性弱,由于青藏高原降水量小蒸发量大,其天然含水率较低。风积沙渗透性较好,孔隙比在0.482～0.641之间,其渗透系数为0.010～0.023 m/s[12-13]。夏季降雨通过风积沙较易渗入块石路基下部,改变了下部冻土水热状况。采用水热耦合模型,对降雨环境下冻土水热分布和变化特征进行计算分析。2 风积沙填堵块石层水热耦合控制方程
青藏高原中部地区降雨时间一般从每年4月至10月,其中7月份降雨量比较显著,年累计降雨量为300～500 mm之间,陆面蒸发过程集中在每年5—10月份,以7月份蒸发最为强烈[25]。青藏高原中部地区降雨量不大,多以短期、高频次降雨为主。因此地表按照无积水、无径流考虑。各介质层水分运动参数见表2,保温层按隔水材料计算。土层表面蒸发强度按均一值考虑,蒸发量以7月平均日蒸发量计算,取为3.07 mm/d[8]。表1 各介质热物理参数[21] 土层 λf/(W·m-1·℃-1) Cf/(kJ·m-3·℃-1) λu/(W·m-1·℃-1) Cu/(kJ·m-3·℃-1) L/(kJ·m-3) 砂砾土 2.610 1 863 1.910 2 401 2.318×104 强风化泥岩 1.824 2 122 1.474 2 413 3.811×104 风沙填堵后块石 1.187 1 465 1.187 1 465 0 保温板 0.029 240.6 0.029 240.6 0
【参考文献】：
期刊论文
[1]风积沙环境下高等级公路冻土块石路基降温性能分析[J]. 韩风雷,张学富,喻文兵,韦良文,周杰. 冰川冻土. 2018(03)
[2]Long-term thermal regimes of the Qinghai-Tibet Railway embankments in plateau permafrost regions[J]. NIU Fu un,LIU MingHao,CHENG GuoDong,LIN ZhanJu,LUO Jing,YIN GuoAn. Science China（Earth Sciences）. 2015(09)
[3]冻土水热耦合方程及数值模拟研究[J]. 白青波,李旭,田亚护,房建宏. 岩土工程学报. 2015(S2)
[4]冻土斜坡路基温度水分分布特性分析[J]. 毛卫南,刘建坤. 铁道学报. 2015(06)
[5]风积沙对青藏铁路块碎石路基降温效果的影响[J]. 陈琳,喻文兵,韩风雷,刘伟博,易鑫. 冰川冻土. 2015(01)
[6]基于微观结构的青藏高原风积沙导热系数变化机理研究[J]. 陈琳,喻文兵,杨成松,易鑫,刘伟博. 冰川冻土. 2014(05)
[7]青藏铁路典型路段风沙灾害现状与机械防沙效益估算[J]. 牛清河,屈建军,张克存,韩庆杰,韩光中,马瑞. 中国沙漠. 2009(04)
[8]开放和封闭条件下块石结构路基下部土体降温效果差异[J]. 吴青柏,董献付,蒋观利. 岩石力学与工程学报. 2006(12)
[9]封闭与开放抛石路堤降温效果及机理对比试验研究[J]. 张明义,赖远明,喻文兵,张建明. 岩石力学与工程学报. 2005(15)
[10]封闭条件下抛石路堤降温效果及机理的试验研究[J]. 赖远明,张明义,喻文兵,高志华. 冰川冻土. 2004(05)
本文编号：3521889
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