基于地源热泵的人工供热方法是寒区路基冻害防控的一种新措施。该文建立路基专用热泵的稳态热力计算模型，用于热泵选型匹配与优化设计。建立主要部件压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器的结构参数与环境参数、制冷剂状态参数之间的函数关系，提出子模型间耦合方法，基于Python语言编制程序。首先，选择压缩机和制冷剂类型，拟定供热温度和集热温度；然后，依次调用4个子程序，以部件目标参数的计算值与拟定值是否相等为收敛判据，以制冷剂状态参数的计算值与拟定值是否相等为终止判据。循环计算收敛时对应的部件结构参数即为优化结果。文中选择准池铁路某冻害路基设计供热方案，验证程序可靠性。结果表明，热泵性能达到预设水平，保证了路基供热方案的有效性。
基于地源热泵的人工供热方法是寒区路基冻害防控的一种新措施。该文建立路基专用热泵的稳态热力计算模型，用于热泵选型匹配与优化设计。建立主要部件压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器的结构参数与环境参数、制冷剂状态参数之间的函数关系，提出子模型间耦合方法，基于Python语言编制程序。首先，选择压缩机和制冷剂类型，拟定供热温度和集热温度；然后，依次调用4个子程序，以部件目标参数的计算值与拟定值是否相等为收敛判据，以制冷剂状态参数的计算值与拟定值是否相等为终止判据。循环计算收敛时对应的部件结构参数即为优化结果。文中选择准池铁路某冻害路基设计供热方案，验证程序可靠性。结果表明，热泵性能达到预设水平，保证了路基供热方案的有效性。
为研究高寒低负温冻土地区混凝土强度增长机理，在4种不同入模温度工况下，进行高寒持续负温(-5℃)养护下混凝土水化热、强度、微观结构研究。研究表明，在持续-5℃养护条件下，水泥水化可分为早期快速水化、中期较快水化和后期缓慢水化三个阶段；从微观无害孔、少害孔、有害孔和多害孔角度分析了孔径分布对混凝土强度发展机理的影响；采取适当的入模温度是保证高寒低负温环境下混凝土强度增长的有效措施；结合试验数据，提出负温环境下混凝土不同入模温度，28 d龄期时混凝土孔隙率、不同龄期混凝土强度计算预测公式，并验证了其准确性，计算公式可为实际冻土区混凝土强度发展规律的预测、计算提供参考和借鉴。
为研究高寒低负温冻土地区混凝土强度增长机理，在4种不同入模温度工况下，进行高寒持续负温(-5℃)养护下混凝土水化热、强度、微观结构研究。研究表明，在持续-5℃养护条件下，水泥水化可分为早期快速水化、中期较快水化和后期缓慢水化三个阶段；从微观无害孔、少害孔、有害孔和多害孔角度分析了孔径分布对混凝土强度发展机理的影响；采取适当的入模温度是保证高寒低负温环境下混凝土强度增长的有效措施；结合试验数据，提出负温环境下混凝土不同入模温度，28 d龄期时混凝土孔隙率、不同龄期混凝土强度计算预测公式，并验证了其准确性，计算公式可为实际冻土区混凝土强度发展规律的预测、计算提供参考和借鉴。
冰盖厚度是冰工程研究中最重要的特征参数之一。为明晰寒区静冰生长和消融的过程,准确计算冰盖厚度,通过分析影响静冰生消的各热力过程,建立了生长期和消融期冰厚计算的热力学模型,采用黑龙江省青花湖8号水塘的冰情观测数据对冰厚计算模型进行了验证,并分析了塘冰温度链观测数据。结果表明:提出的冰厚计算模型可用于精确预测冰盖厚度的生消过程;通过回归分析得到了表面冰温随气温和风速变化的表达式;冰层内的冰温变化与气温波动存在一定的响应关系,且随着冰深增加,冰温波动幅度减小;在冰盖生长期,冰下水体持续降温,随着水深的增加,水温变化速率逐渐减小;在冰盖消融期,水温先缓慢回升随后快速升高,最大升温速率可达0.13℃/d。研究成果可为寒区静冰生消分析及冰厚计算提供科学依据。
冰盖厚度是冰工程研究中最重要的特征参数之一。为明晰寒区静冰生长和消融的过程,准确计算冰盖厚度,通过分析影响静冰生消的各热力过程,建立了生长期和消融期冰厚计算的热力学模型,采用黑龙江省青花湖8号水塘的冰情观测数据对冰厚计算模型进行了验证,并分析了塘冰温度链观测数据。结果表明:提出的冰厚计算模型可用于精确预测冰盖厚度的生消过程;通过回归分析得到了表面冰温随气温和风速变化的表达式;冰层内的冰温变化与气温波动存在一定的响应关系,且随着冰深增加,冰温波动幅度减小;在冰盖生长期,冰下水体持续降温,随着水深的增加,水温变化速率逐渐减小;在冰盖消融期,水温先缓慢回升随后快速升高,最大升温速率可达0.13℃/d。研究成果可为寒区静冰生消分析及冰厚计算提供科学依据。
为认知冻土导热系数测试和计算方法的研究现状,从而服务于冻土温度场的计算,介绍了冻土导热系数的研究背景和导热系数对冻土温度场的贡献,并对冻土的组成和导热系数随不同负温变化的原因进行了分析。阐述了目前冻土导热系数的测试技术、计算方法、理论计算模型及土中固相矿物导热系数的确定方法,并分析了其优缺点和误差存在的原因。对冻土导热系数随温度、干密度、含水率等因素变化的研究成果进行了整理,分析了基于测温法确定冻土导热系数存在的误差及其原因,并初步提出了一种修正冻土导热系数测试结果的方法。在此基础上,提出了对冻土导热系数测试和计算的建议和展望。结果表明:温控环境和测试过程中的相变热对导热系数实测值均存在影响,从未冻水含量的角度修正相变潜热对导热系数测试过程的影响具有理论可行性;线性回归预估模型应考虑土质对测试值的初始影响,从相间热量平衡的角度建立导热系数的理论模型,对于温度场解析问题的研究具有重要作用;考虑土颗粒的多孔特性,推演不随密度变化的土中固相物质导热系数的确定方法,对于提升冻土导热系数计算模型的预测精度具有基础作用;从微观角度出发,建立能够反映土体冻结速率的导热系数模型应是冻土导热系数研究区别...
基于国内外近些年对土体随机性问题所取得的研究成果,分别从影响冻土随机性的内外因素、冻土参数的概率分布规律和随机场计算模型等几个方面总结了随机性的研究现状及进展,取得了如下认识:(1)由于内外因素的影响,冻土物理力学参数、水分场参数等均存在很强的变异性;(2)分析总结了随机变量的概率函数推断方法,相比而言,正态信息扩散法能够有效地描述随机变量的波动性;(3)总结了随机性描述方法,发现随机场方法不仅能考虑随机变量的空间性,而且具有较好的应用前景;(4)总结分析了冻土随机场的计算方法,其中,随机有限元法能够充分考虑材料参数的随机性,具有较好的应用前景。基于以上对冻土中随机性研究现状的认识,笔者认为今后还需展开更深入的研究:对冻土中涉及的参数分布规律进行充分的研究;对冻土冰水相变过程中的随机过程进行深入分析;开展冻土水、热、力及水、热、力、盐等多耦合场、多尺度随机场的研究。
冻土导热系数是影响冻土温度及热通量变化的一个重要参数,也是研究陆地表层水热盐耦合运移的基本物理参数。根据国内外研究现状,列举了导热系数的测试方法(稳态法和瞬态法),总结并讨论了冻土导热系数的影响因素及其变化规律,并对目前已有的导热系数计算模型进行了比较分析。现有研究认为:土壤质地、温度和含水(冰)量、孔隙度、土壤有机质等是影响冻土导热系数的主要因素,因此,冻土土导热系数随这些影响因素的变化规律方面的研究工作非常多;而关于未冻水含量、土骨架组成及冻土结构等对冻土导热系数影响的相关研究较为缺乏。通过比较分析国内外土壤热导率计算的相关模型,认为适用于常温下导热系数的模型发展趋于成熟;而现存的适用于冻土区的导热系数计算模型多以一种或几种土壤条件为前提,或者多考虑局地因素影响,模型的适用性具有局限性。考虑到多年冻土区土壤受冻融循环影响较大,以及多年冻土内部水热传输过程的复杂性,多年冻土区导热系数的计算模型仍需进一步深入研究。
为揭示青藏高原东部高温冻土区高速公路XPS保温板路基的人为冻土上限退化规律,确保高温冻土区路基的长期热稳定性,减小因人为冻土上限退化引起的路基病害,首先,利用现场地温实测资料分析高温冻土区XPS保温板路基地温的纵、横向分布特征,以及路基修筑初期人为冻土上限的退化特征;然后,采用非饱和土渗流与热传导理论求解冻土水热耦合微分方程,实现冻土水分场与温度场的全耦合,进而将水热耦合模型模拟所得温度场与现场实测温度场进行比较,以验证该模型的正确性;并分析XPS保温板路基在5种工况(包括填料类型、年平均地温、路基高度、XPS保温板铺设位置和气候变暖)下人为冻土上限的退化规律;最后,采用MATLAB分析影响人为冻土上限退化主要因素,进而对其进行多元线性回归,建立高温冻土区XPS保温板路基人为冻土上限计算模型。研究结果表明:XPS保温板路基左侧一定范围内温度比右侧对应范围的温度高;路基修筑初期人为冻土上限先抬升60cm,然后以10cm/年下降,冻土上限的变化导致深部冻土层存在一定幅度的升温;5种工况条件下,路基人为冻土上限与时间均呈线性增加关系;影响人为冻土上限退化的2个主要影响因素为填料类型和气候变暖...