块石作为一种高孔隙率、大粒径的多孔介质，因其可通过调节内部冷暖季节对流方式实现多年冻土路基降温，而被广泛应用于青藏铁路工程以减弱气候变暖及工程扰动对多年冻土路基的影响。因此，精准描述块石路基结构换热机理并模拟其长期热防护效应十分重要。在一些领域内，已经证明使用局部非热平衡（LTNE）可以提升多孔介质的计算精度，但在块石结构孔隙尺度下的传热效能计算中仍较少使用。其中，多孔介质内部流固换热系数（hsf）是LTNE能量方程中重要的参数，该系数如何选取也决定着模型计算的准确性。本文以块石基底路基为例，通过数值模拟方法，将传统路基使用的局部热平衡（LTE）模型与LTNE模型的模拟结果与实测数据进行对比，并分析了不同经典hsf对块石结构换热的影响。研究结果表明，块石基底路基局部非热平衡效应明显：模拟结果显示LTNE模型中，同一时间内块石与空气温度不相等，空气与块石在夏季和冬季的最大温差高达1.54℃和0.80℃；LTNE的模拟结果与实测数据更为接近，且LTE模型的降温幅度略高于预期，二者在2 m、5 m、10 m处的年平均误差百分数分别相差6%、1%和8%；不同研究者（Achenbach、Waka...
块石作为一种高孔隙率、大粒径的多孔介质，因其可通过调节内部冷暖季节对流方式实现多年冻土路基降温，而被广泛应用于青藏铁路工程以减弱气候变暖及工程扰动对多年冻土路基的影响。因此，精准描述块石路基结构换热机理并模拟其长期热防护效应十分重要。在一些领域内，已经证明使用局部非热平衡（LTNE）可以提升多孔介质的计算精度，但在块石结构孔隙尺度下的传热效能计算中仍较少使用。其中，多孔介质内部流固换热系数（hsf）是LTNE能量方程中重要的参数，该系数如何选取也决定着模型计算的准确性。本文以块石基底路基为例，通过数值模拟方法，将传统路基使用的局部热平衡（LTE）模型与LTNE模型的模拟结果与实测数据进行对比，并分析了不同经典hsf对块石结构换热的影响。研究结果表明，块石基底路基局部非热平衡效应明显：模拟结果显示LTNE模型中，同一时间内块石与空气温度不相等，空气与块石在夏季和冬季的最大温差高达1.54℃和0.80℃；LTNE的模拟结果与实测数据更为接近，且LTE模型的降温幅度略高于预期，二者在2 m、5 m、10 m处的年平均误差百分数分别相差6%、1%和8%；不同研究者（Achenbach、Waka...
块石作为一种高孔隙率、大粒径的多孔介质，因其可通过调节内部冷暖季节对流方式实现多年冻土路基降温，而被广泛应用于青藏铁路工程以减弱气候变暖及工程扰动对多年冻土路基的影响。因此，精准描述块石路基结构换热机理并模拟其长期热防护效应十分重要。在一些领域内，已经证明使用局部非热平衡（LTNE）可以提升多孔介质的计算精度，但在块石结构孔隙尺度下的传热效能计算中仍较少使用。其中，多孔介质内部流固换热系数（hsf）是LTNE能量方程中重要的参数，该系数如何选取也决定着模型计算的准确性。本文以块石基底路基为例，通过数值模拟方法，将传统路基使用的局部热平衡（LTE）模型与LTNE模型的模拟结果与实测数据进行对比，并分析了不同经典hsf对块石结构换热的影响。研究结果表明，块石基底路基局部非热平衡效应明显：模拟结果显示LTNE模型中，同一时间内块石与空气温度不相等，空气与块石在夏季和冬季的最大温差高达1.54℃和0.80℃；LTNE的模拟结果与实测数据更为接近，且LTE模型的降温幅度略高于预期，二者在2 m、5 m、10 m处的年平均误差百分数分别相差6%、1%和8%；不同研究者（Achenbach、Waka...
冻土层与气候变化、人类工程活动和社会经济发展具有极为密切的关系,尤其是在工程建设和安全运营方面存在着巨大的挑战,在冻土区域开展基础设施建设将会受到冻土消融及地层结构变化等要素的制约。本文通过建立数学模型,求解了冻土消融对基建工程引起变化的问题。从理论上能够追踪冻土消融问题影响工程建设的相变界面,为实际中的工程建设提供理论依据。
冻土层与气候变化、人类工程活动和社会经济发展具有极为密切的关系,尤其是在工程建设和安全运营方面存在着巨大的挑战,在冻土区域开展基础设施建设将会受到冻土消融及地层结构变化等要素的制约。本文通过建立数学模型,求解了冻土消融对基建工程引起变化的问题。从理论上能够追踪冻土消融问题影响工程建设的相变界面,为实际中的工程建设提供理论依据。
冻土层与气候变化、人类工程活动和社会经济发展具有极为密切的关系,尤其是在工程建设和安全运营方面存在着巨大的挑战,在冻土区域开展基础设施建设将会受到冻土消融及地层结构变化等要素的制约。本文通过建立数学模型,求解了冻土消融对基建工程引起变化的问题。从理论上能够追踪冻土消融问题影响工程建设的相变界面,为实际中的工程建设提供理论依据。
热参数是进行冻土温度场评估和强度稳定性计算的先决条件,但其数值由于组成材料的多相性和水物态变化的持续性而难以确定。为揭示四相系冻土材料的比热与其干密度、饱和度和温度的关系,研究了压力、温度、物态变化对土比热的影响。在此基础上,依据自然冻土和人工冻土的存在温度、干密度和含水量,配制了多种黏土试样。通过低温恒温循环槽和比热容测试仪等仪器设备,实测了试样的比热容。研究表明,当干密度一定时,冻土的比热随饱和度的增大而增大,其原因在于孔隙水比热对土比热的贡献随饱和度的增大而增大;当饱和度一定时,比热随干密度的变化而变化,但其趋势在高饱和度和低饱和度阶段呈现不同的规律,这可能源于土颗粒与水的质量占比和水土比热的差异都对比热有重要影响但影响权重不同。另外,论文还研究了误差的原因在于热平衡持续阶段的热量损失难以评价,并提出了提高绝热效率的改进方向。
针对冻结工程灾变过程中渗水孔隙等灾害源在地下水热流侵蚀作用下逐渐扩展的过程进行了研究,在一定假设条件下建立了柱坐标系下基于对流换热边界条件(第三类边界条件)的相变传热数学模型。在对原偏微分方程无量纲化处理后,采用了对数形式分布的热积分平衡方法(HBIM)求解;对于同一问题,在变量代换的基础上采用了基于乘方定律格式的有限差分数值方法进行了求解。对于侵蚀相变位置的求解,两种方法的计算结果吻合良好,在计算的时间范围内,两者最大偏差不超过1%。研究结果表明:史蒂芬数St、毕渥数Bi、以及过冷系数φ为侵蚀相变界面位置随时间变化规律的主要影响因素;在不同参数组合情况下,侵蚀相变位置随时间均呈现出近似线性变化规律;在其他参数不变的条件下,St,Bi增大一倍时,侵蚀相变速率均增加一倍左右,而φ增加一倍时,侵蚀相变速率仅减小了5%。进而说明在实际工程中,降低冻土的平均温度能够减缓侵蚀相变速率,但作用十分有限;相反,降低水流温度或者减缓水流的流速等措施则能够有效减缓水流侵蚀速率。利用本文结果预测实际冻结工程灾变过程时,需考虑土壤性质的不同以及地下水温度、对流换热系数等随孔径变化带来的影响,可将由本文方法得...
多年冻土产生的冻胀和融沉可能导致管道变形破坏,探明中俄东线天然气管道岛状多年冻土的现状和退化原因非常必要。采用工程地质钻探、地温测试及高密度电法的综合勘察方法,对管道沿线16处疑似岛状多年冻土区进行勘察验证;通过搜集管道沿线气候和森林覆盖率等资料,分析近年来研究区域内各要素变化趋势,推测其对冻土环境的影响。研究表明:由于全球气候转暖及人为活动频繁等诸多因素,导致东北地区气温升高、森林覆盖率减少、湿地消失,冻土环境失去了原有的热平衡,造成管道沿线岛状多年冻土区显著退化;与此同时,20世纪70年代划定的东北地区多年冻土南界呈现明显北移的趋势。
多年冻土产生的冻胀和融沉可能导致管道变形破坏,探明中俄东线天然气管道岛状多年冻土的现状和退化原因非常必要。采用工程地质钻探、地温测试及高密度电法的综合勘察方法,对管道沿线16处疑似岛状多年冻土区进行勘察验证;通过搜集管道沿线气候和森林覆盖率等资料,分析近年来研究区域内各要素变化趋势,推测其对冻土环境的影响。研究表明:由于全球气候转暖及人为活动频繁等诸多因素,导致东北地区气温升高、森林覆盖率减少、湿地消失,冻土环境失去了原有的热平衡,造成管道沿线岛状多年冻土区显著退化;与此同时,20世纪70年代划定的东北地区多年冻土南界呈现明显北移的趋势。