西藏地区新能源送出走廊不可避免的会途经极寒冻土地区，接地装置面临着冻结失效的风险。以往的研究中，接地装置散流性能计算前提是将冻土考虑成静态水平分层结构，忽略接地装置与杆塔相连时整体的散热效应对土壤冻结结构的影响，导致实际运行中接地装置散流性能分析不准确。因此，该文首先建立考虑接地导体传热的土壤水热场耦合模型，计算得到杆塔散热条件下土壤的冻结结构；然后，在此冻结结构下构造接地装置冲击散流失效模型；最后，利用该模型与传统模型对比，探究接地导体的半径、长度和土壤初始温度等因素对接地装置散流性能的影响。研究表明，由于接地导体具有良好的导热性能，其所接触的土壤易形成局部冻结，与传统模型相比，-10℃低气温下相同接地装置失效时刻提前约18 d；若低温持续时间相同，半径6 mm的单根垂直接地导体达到3.3 m就不会失效，而传统模型下则是1.6 m，相差约2倍。此外，减小接地导体半径或降低接地导体导热系数均可减缓局部冻结。
西藏地区新能源送出走廊不可避免的会途经极寒冻土地区，接地装置面临着冻结失效的风险。以往的研究中，接地装置散流性能计算前提是将冻土考虑成静态水平分层结构，忽略接地装置与杆塔相连时整体的散热效应对土壤冻结结构的影响，导致实际运行中接地装置散流性能分析不准确。因此，该文首先建立考虑接地导体传热的土壤水热场耦合模型，计算得到杆塔散热条件下土壤的冻结结构；然后，在此冻结结构下构造接地装置冲击散流失效模型；最后，利用该模型与传统模型对比，探究接地导体的半径、长度和土壤初始温度等因素对接地装置散流性能的影响。研究表明，由于接地导体具有良好的导热性能，其所接触的土壤易形成局部冻结，与传统模型相比，-10℃低气温下相同接地装置失效时刻提前约18 d；若低温持续时间相同，半径6 mm的单根垂直接地导体达到3.3 m就不会失效，而传统模型下则是1.6 m，相差约2倍。此外，减小接地导体半径或降低接地导体导热系数均可减缓局部冻结。
鉴于冻结条件下测量导热系数存在困难，为明确温度对导热系数的影响规律，提出了具有三参数（λ0,a和b）的双曲模型来描述土体导热系数与负温的关系。然后，采用实测导热系数和3种常用模型对新模型的性能进行了评价，并对模型参数进行了敏感性分析。结果表明，双曲线模型能较准确地预测冻结过程中土体导热系数变化规律。在4个模型中，新模型具有最小的均方根误差和相对误差。模型参数与细粒含量密切相关，且随初始体积含水率增大而减小。新模型能够准确描述负温下的土体导热系数变化规律，可为寒区传热传质耦合计算提供基础。
鉴于冻结条件下测量导热系数存在困难，为明确温度对导热系数的影响规律，提出了具有三参数（λ0,a和b）的双曲模型来描述土体导热系数与负温的关系。然后，采用实测导热系数和3种常用模型对新模型的性能进行了评价，并对模型参数进行了敏感性分析。结果表明，双曲线模型能较准确地预测冻结过程中土体导热系数变化规律。在4个模型中，新模型具有最小的均方根误差和相对误差。模型参数与细粒含量密切相关，且随初始体积含水率增大而减小。新模型能够准确描述负温下的土体导热系数变化规律，可为寒区传热传质耦合计算提供基础。
快速简单地确定试样的冻结时间,对模型试验的设计具有重要意义。首先进行了不同干密度冻土模型试样整体冻结达到预设负温的试验,发现试样整体降到预设负温的时间随着干密度的增大而略有增加。然后利用COMSOL Multiphysics软件,在不考虑水分迁移的条件下,对不同干密度粉砂土试样和不同尺度条件下的正方体亚黏土试样的冻结时间进行数值模拟。将模拟结果与试验结果进行对比,发现简化条件下不同干密度的粉砂土试样能反应试样在冻结过程中冻结时间的主要特征,模拟结果中达到预设负温的时间与试验的实测结果基本吻合。正方体试样数值模拟的结果表明在同一干密度、同一含水量条件下,试样降到预设负温的时间随着体积的增大呈现幂函数增大的规律。所以,在进行模型试验设计时,可先根据试验条件进行简单的数值分析,以较合理、经济的安排试验时间,同时也可保证试样冻结质量。
在莫喀高铁沿线770余公里的季节性冻土区内,依据地貌单元、微地貌、地层岩性与水文地质条件等特征设置了14个监测场,对季节性冻土的岩性、密度、含水率、地下水位、地温、近地面气温及雪盖的厚度和密度进行了频率为10天1次,持续时间为7个月（2016年10月1日2017年4月26日）的监测,依据监测数据分析了莫喀高铁沿线季节性冻土的冻结融化特征。分析结果表明:莫喀高铁沿线季节性冻土区的雪盖主要存在于10月下旬至翌年4月,雪盖厚度为20.2～38.2cm,平均值为27.3cm,最大积雪厚度为25～60cm,平均值为44.4cm,出现在2月上、中旬;莫喀高铁沿线季节性冻土的起始冻结时间为11月中、下旬,全部消融时间在翌年3月上旬4月中旬之间,存活时间为100～165d,平均时间为122d;季节性冻土的冻结速率为0.27～1.20cm·d-1,平均为0.50cm·d-1,融化速率为0.27～2.52cm·d-1,平均为1.14cm·d-1;在土体的冻结期间,雪盖减小了地...
为确定在冻土冻结过程中冻结影响范围与冻结时间的关系,将人工冻土冻结过程拆分为土体表面的热散失和冻结管的冻结2个过程,并以热势能及热势能耗散过程中的平衡方程分析上述关系。为确定冻结管间距的合理取值,引入热势能理论并计算当量热阻,建立在多个冻结管影响下微元体的冻结时间方程,提出一种在多个冻结管作用下冻结影响范围与冻结时间的关系的计算方法及冻结管布置间距的确定方法。通过实例分析了人工冻土厚度的计算方法,以数值模拟方法比较了不同冻结管布置对冻结时间的影响。上述研究成果深化了人工冻土理论研究与实际应用之间的关系。
人工冻土帷幕具有广泛的应用前景。研究表明,冻土的均匀性和冻结状态是影响人工冻土帷幕强度的重要指标。冻结方向、受力方向、冻结时间影响下的冻结锋面发展情况和温度场规律是描述冻土力学性能差异的四个重要特征。该文通过分析这些指标和特征,完善了人工冻土帷幕的分析计算内容,有助于验证冻结时间、冻结位置等重要工程指标的正确性。
土体在冻结过程中 ,不论是融土区、过渡区 (指正在形成的分凝冰及冻结缘区 )还是冻土区所涉及的问题不仅是温度场、水分场问题 ,而且涉及到力学场问题 ,并且力学场对土体的变形过程 (冻胀、压密 )及分凝冰的形成起着重要的作用 .依据连续介质力学、热力学原理 ,提出了土体冻结过程中的三场耦合方程 .并指出 ,土体冻结过程中的体积变化与应力状态、补 -排水条件、冻结条件密切相关 ;体变包含弹性部分、孔隙水变化引起的固结或膨胀部分、相变引起的体变及冻土区粘塑变形部分 ;水分驱动力控制着水分迁移量 ,它是由土基质势、溶质势、冰基质势、孔隙水压力及重力势组成 ;冻结缘现象是由于该区各点处的水分驱动力与相变温度同时满足相变条件而形成 ,冻结缘区含冰量的多少取决于冷能供给情况 ;分凝冰的形成及发展是引起较大冻胀的主要来源 ;分凝冰的形成条件由温度场及力学场统一控制 .即温度要达到相平衡条件 ;孔隙水应力除用于抵抗土骨架有效应力外 ,还需克服土颗粒间的粘聚力