为了研究季节性温度边界条件对冻土路基融化固结特性的影响，对三维非线性大变形融化固结理论进行修正，引入季节性温度边界条件，并采用摩尔库伦准则描述土体融化后进入塑性阶段的沉降变形，建立了能够考虑季节性温度边界条件影响的三维非线性塑性融化固结理论。在此基础上，采用FLAC3D软件对所建理论模型进行数值化，并以青藏公路某段高含冰量路基为例，分析了其在季节性温度边界条件下的融化固结规律，最后结合实测数据验证了所建理论模型的有效性。研究结果表明，冻土路基的沉降变形随着地表温度的季节性变化而呈现出周期性的变化规律，这是季节性温度边界条件下冻土路基融化固结规律的最显著特征。通过对固结过程中孔隙水压力分布的研究发现，路基浅层融化区域内的孔隙水在运营初期已经消散，而在之后长时间的运营过程中，冻土路基融沉的持续发展主要是由于融化锋面处新融化的孔隙水的消散。

在气候变暖背景下,北半球多年冻土呈现不同程度的退化趋势,冻土升温、活动层增厚、地下冰消融改变了区域工程地质条件、地形地貌,不仅对寒区环境和工程稳定性造成潜在的威胁,还影响着这些地区的气候、水文和生态过程。因此,准确评估和预估多年冻土热状况的变化具有重要科学和实践意义。现有用于模拟多年冻土热状况的各类模式重点考虑了近地表温度场变化对多年冻土的影响,主要集中于对气温和浅表层物理过程和参数化方案等改进和优化,而对于下边界条件设置对多年冻土热状况模拟的影响少有讨论。基于一维热传导冻土模型,以五道梁地区的多年冻土为研究对象,通过设置不同的下边界方案进行模拟实验,定量评估百年尺度气候变化下不同下边界条件对多年冻土温度场变化数值模拟的影响。结果表明:近地表层(30m)的地温对百年尺度气候变化的响应不仅与气候变化的幅度有关,还与多年冻土相变热的多少有直接的关系。下边界条件不恰当的设置方式会对大尺度的气候变化下多年冻土消融程度的计算造成较大的影响,进而可能对深层...

以玛多地区多年冻土为背景,建立多年冻土地温场的数值计算模型,以不同的方式考虑近60 a来的气温变化构成不同的上边界条件,通过模型计算分析不同上边界条件下的不同时期温度场、未来冻土退化特征.结果表明:在上边界条件中采用气象站实测近60 a波动温度值和采用近60 a平均恒定值时,浅层冻土地温差异明显,且越浅层地温与越近时间的上边界条件相关.预测未来100 a冻土地温变化趋势发现,相同升温速率和升温初始温度条件下,上边界采用实测60 a波动温度值对冻土退化过程影响较小;升温初始温度值提高到与趋势线衔接后,冻土退化起始时间从约第45年提前到约第20年;60 a实测温度和升温初始温度值均提高到与其初始温度场上边界条件衔接后,冻土退化起始时间从约第20年提前到约第15年;冻土退化从开始到完全退化经历时间为25 a左右.

多年冻土区的年平均气温是影响冻土路基边界条件的重要因素.在附面层原理的基础上,考虑采用带有相变的控制方程和数值方法,以相同尺度的路基模型为前提,选取不同的年平均气温为影响因素,对青藏工程走廊公路路基的人为冻土上限和年平均地温进行了研究.结果表明:公路路基下年平均地温随着年平均气温的升高而升高,人为冻土上限随着年平均气温的升高而显著下降.在年平均气温为-7.16℃时,路基修筑50 a后其年平均地温为-3.61℃,其人为冻土上限为-0.97 m;年平均气温为-3.21℃的条件下,路基修筑50 a后其年平均地温仅为-0.1℃,其人为冻土上限也降至-13.11 m.因此,可以看出:在未来气候持续变暖的背景下,现有处于稳定状态的冻土路基将逐渐变得不稳定.

在冻土工程领域,国内外已经展开了广泛的基础性研究,取得了丰硕的成果。对冻土路基温度场问题,目前已有理论依据和计算方法,但大多只考虑了第一类边界条件。本文利用有限元软件,同时考虑了辐射、蒸发、换热等各种边界条件,对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析,根据计算与实测结果的对比分析,从而有力地验证了本文采用有限元计算方法的可靠性,并且进一步根据计算与实测结果,对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析。

对路基温度场和水分场藕合计算进行计算分析,并对未来路基温度场的分布进行预测,最终将这种方法与具体工程结合起来,说明温度场与水分场耦合计算在工程实践中的应用。

为预测冻土路基安装热管后路基温度场的变化情况,对热管耦合冻土路基问题开展数值传热研究是一种比纯实验方法更经济可行的方法。根据是否考虑热管内部热阻及建立的热管耦合冻土路基相变传热模型,热管耦合冻土路基的数值传热算法可基本分为两类,针对这两类基本算法进行了对比分析。结果表明:通过忽略热管内部热阻,利用耦合边界处的等价第三类边界条件及根据实际地温气温条件建立的相变传热模型来研究热管耦合冻土路基问题在工程上更为可行。

在冻土工程领域,国内外已经展开了广泛的基础性研究,取得了丰硕的成果。对冻土路基温度场问题,目前已有理论依据和计算方法,但是,只考虑了第一类边界条件,本文利用有限元软件同时考虑了辐射、蒸发、换热等各种边界条件对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析。根据计算结果分析,从而有力地验证了采用有限元计算方法来分析冻土路基温度场的可靠性。

对微分形式的热传导方程进行积分变换,将其转变成等价的积分形式的热传导方程式,然后应用渐近序列方法于非定常边界条件下存在相变的多年冻土活动层的温度计算中,提出新的多年冻土活动层温度解析近似计算公式.尽管渐近序列不是收敛的级数,但当级数变量趋向某个值时,只需取渐近序列前几项既可以获得某种极限条件下具有相当精度的近似解.计算模式采用随时间变化函数的非定常边界条件,改进了定常边值条件的冻土相变温度计算的Stefan公式,退化到定值条件下渐近解和Stefan公式有相同的计算结果.

根据青藏公路沿线近30年的气象资料,考虑太阳辐射、气温、风速、风向、蒸发等第二类、第三类边界条件,结合路线走向、路基高度、路面类型状况,对青藏公路五道梁地区路基温度场进行有限元分析。经验证,计算结果与路基温度场实测资料基本一致。有限元分析表明,在年周期内路基边界处的温度仍然可按正弦曲线较好地加以拟合;路线走向对冻土路基温度场的对称性有着重要影响,东西走向路基阴阳坡效应最为显著,南北走向路基的温度场基本对称;当路基存在坡向差异时,其阴阳坡效应的强弱与季节密切相关,夏季较弱,冬季较强。