以传热学为基础，结合川藏铁路沿线冻土区某桥梁工程实例，确定边界条件与模型计算热力学参数。通过有限元软件建立三维数值模型分析求解，绝热温升的数值模拟计算值与公式理论计算值相吻合，研究了低温环境下桩基浇筑完成后桩土温度场的演化规律，分析并探究了温度应力的成因及其控制措施，以改善桩基的工作性能。结果表明：在混凝土浇筑完成前期，受水泥水化热的影响，桩中心温度明显高于同一深度桩壁温度，桩内外温度差引起温度应力，即在桩表面出现拉应力、桩中心出现压应力；但地面以上桩基部分出现了拉应力大于混凝土允许抗拉强度的状况，为此在桩顶处设置5 d、1℃的保温措施，温度应力明显改善，有效防止了桩基冻裂发生。研究成果可为类似工程设计及施工提供借鉴。

基于传热学理论，给出桩土温度场偏微分方程及边界条件，结合低温稳定多年冻土区地质背景，通过有限元数值分析求解，分析静钻根植桩回冻过程桩土温度场随时间的分布变化规律，讨论水泥掺入量及水泥土的水泥浆体初始拌入温度对回冻过程的影响。结果表明，地表下2 m以内桩土温度受大气温度影响较明显，水化热对1.5倍桩径以外及桩底1～2 m以下范围桩土温度影响甚微，17 d后桩侧温度回冻至0℃,27 d桩侧温度降至-0.5℃以下；水泥浆体初始拌入温度每升高5℃,回冻时间增长5～6 d;水泥掺入量每减少10%,回冻时间缩短1～2 d。静钻根植桩的温度场同样受水化热影响，但回冻时间较短；通过调整水泥浆体配合比和降低水泥浆体初始拌入温度可兼顾水泥土强度和回冻时间要求，达到提高承载力、缩短施工工期的目的。

为明确在地质、环境、气候及施工开挖等因素共同影响下的洞口段热融规律,进一步完善寒区公路隧道洞口段边仰坡热融稳定性防治技术,依托青海省境内共玉(共和—玉树)高速公路姜路岭隧道,通过现场监测、数值模拟及理论分析,对洞口段洞内地温响应过程及变化规律进行深入研究,根据温度场的模拟计算结果,分析影响边仰坡及隧道内热融范围的主要因素,并判断控制温度场的方法。结果表明:坡面浅埋土体地层中的温度变化相对地表有着一定的滞后性,这种滞后性与深度成正比;太阳辐射对依托工程洞口段边坡热融的影响较大,即使是阴坡面也极有必要施做一定的遮阳措施来减小冻土热融;洞内围岩融化圈在施做二次衬砌之前增长和发育的速度较快,在施做一次衬砌前,围岩热融圈也已形成较大的规模,这对于还未受到强支护的洞室稳定性十分不利,应当注重二次衬砌施做前的洞内保温措施;施工开挖阶段坡面热融对洞内围岩热融的影响随着隧道埋深的增长迅速减小,应当注意对埋深特浅断面的拱顶围岩热融范围的影响,特别是对大范围热融贯通现象的防范。

针对多年冻土地区输电线路灌注桩基础的桩周温度场热影响问题,传统的研究建立在混凝土绝热升温的假设上,这种假设与实际不符并对计算结果产生影响。为了更好地规划后续工程施工,需要对传统计算进行优化。为了确定水化热放热过程对结果的影响,以实际桩基工程为例,分析了混凝土在绝热升温与带热源升温两种假设前提下温度场的变化规律,并比较了两种假设下土层以及桩身变化规律的区别。结果表明:带热源升温情况下桩底的回冻时间比绝热升温短5 d;同时建议桩基施工时要选择合理的施工工艺,对地基土质尽可能选择含水量低、传热系数高、容积热容小的冻土类型。

分析了输电线路塔基现浇基础水化热对塔基稳定性可能造成的不良影响,介绍了水化热消散相关理论以及对我国青藏高原多年冻土区最为适用的理论模型,并对水化热消散过程的主要影响因素进行了分析。

为研究混凝土水化热对高温多年冻土区桩基温度场的影响,以传热学为理论基础,给出温度场的控制微分方程和边界条件,采用有限元数值分析方法求解,分析混凝土灌注桩施工后桩土温度场的分布规律,讨论入模温度及混凝土水化热对回冻过程的影响。研究结果表明:入模温度和混凝土总水化热对回冻过程有显著影响,回冻时间随入模温度的增加而延长;随总水化热的降低而减少。对高温多年冻土而言,混凝土灌注桩施工带给冻土温度场的热扰动使回冻过程更为漫长,可通过在混凝土中适当加入粉煤灰和矿渣等掺合料及降低混凝土入模温度来减少回冻时间,缩短施工工期。

简述混凝土水化热对多年冻土区的影响,提出了在该地区钻孔桩施工应采用低水化热、早强型混凝土,阐明了低水化热混凝土配合比设计应遵循的技术路线。并逐一介绍该配合比所用原材料的技术性质,通过大量试验、优化,最终得到低水化热混凝土配合比。

采用带权正交基函数对传统的无网格法中的基函数进行了改进,避免了计算过程中可能出现的矩阵不可逆情况,而且编程容易实现且计算效率高。并将其应用到冻土区桩基包括了热传导和相变潜热的温度场中,同时考虑了混凝土水化热释放对桩周冻土的影响,将计算结果和有限元计算结果及现场实测数据进行了比较分析,从趋势和最大数值看都反映了实测曲线的趋势,又把不同深度处桩侧和不同桩径处温度随时间的变化规律计算结果和有限元计算结果做了对比,都验证了该方法的可行性和优越性。

为研究混凝土入模温度、水化热对桩周冻土带来的热影响问题,以共玉公路查拉坪大桥桩基作为原型,设计了室内模型试验,研究了入模温度、水化热对冻土的热影响规律。研究结果表明,入模温度的影响时间为0～100min,200～300min为水化热影响期,入模温度对冻土的热影响程度大于混凝土水化热。入模温度最大影响范围是3倍桩径,1倍桩径以内为入模温度主要影响区,1～3倍桩径为入模温度和水化热共同影响区,3倍桩径以上为水化热影响区。入模温度及水化热在深度上影响范围是70～150cm,70cm以上冻土温度受外界环境影响较大,150cm以下冻土温度受下边界条件影响较大。

通过模拟冻土地区地质条件,制作了CFG群桩室内模型,并进行了桩-冻土温度场观测试验。应用ABAQUS对混凝土水化热影响下群桩与冻土的温度进行数值计算,并将计算结果与试验数据进行对比分析且分析结果吻合较好,确定了ABAQUS软件对冻土地区CFG群桩温度分析的适用性,从而分析混凝土水化热影响下群桩与冻土的温度场分布规律、不同混凝土入模温度对模型温度场的影响。