为探究热棒在多年冻土区的降温性能,针对黑龙江干流多年冻土区选取试验区,并在试验区设置单热棒影响半径试验、双热棒无保温板试验与双热棒覆盖保温板试验。试验结果表明:热棒对多年冻土起到良好的保护作用,且从单桩热棒和群桩热棒对温度场的影响情况来看,其影响半径为2.5 m～3.0 m;群桩热棒影响下温度场变化会产生较为明显的叠加现象,而多年冻土多为连续分布,群桩热棒埋设作为一种较为常用的多年冻土降温措施,在埋设时应考虑结合基础宽度,尽量使叠加区域产生在靠近基础处;提出群桩热棒在多年冻土区水工建筑物地基中埋设的理想间距为3.6 m。同时,埋设群桩热棒并覆盖保温板的多年冻土保护措施可明显降低地温,有较为理想的工程效果。热棒主动降温技术能够有效抑制冻土区的冻融,从而防止融沉和冻胀,减轻冻土区水工建筑物的损害。
为研究深季节冻土区堤防工程冻结期间内部温度和水分的变化规律,以热传导和水分迁移的多场耦合方程为理论依据,采用有限元方法模拟堤防工程在冻结期间的温度场、湿度场变化。研究结果表明:堤身温度剧烈波动区深度为6m;堤身温度的变化具有滞后性,并随深度增加而显著;堤身冻结过程中,冻结锋面处发生了由未冻区向已冻区的水分迁移;堤身的冻深略大于天然地层的冻深。
为研究季节冻土区黑龙江干流堤防在一个冻融循环内的土体结构变化情况,通过分析现场埋设的原位监测仪器数据,分别讨论了堤防土体内部温度分布、含水率、土压力的变化情况,然后基于实测数据对堤防整体进行数值模拟分析。得到主要结论如下:(1)在堤防建成后的一个冻融循环内,堤顶下部的冻土深度达到3 m,不同深度处的温度变化有延迟现象;(2)堤防土体内部温度场分布未达到完全稳定,表现出堤身内部分区域高于其附近土体温度的现象;(3)堤防整体位移沉降均匀,外界温度变化对堤防位移有一定影响,堤顶公路部分的相对沉降位移能够准确反映出冻胀融沉现象,但堤防土体的结构变化对其产生的冻融破坏较小。