寒区隧道建设和运营期间存在冻害问题，严重威胁隧道结构安全与行车安全，而解决冻害问题时需确定隧道温度场分布规律及围岩受冻害范围，其中围岩内随机裂隙分布与裂隙内水冰相变作用是影响二者的重要因素。通过在键型近场动力学热传导方程中引入热焓，构建同时考虑裂隙和水冰相变作用的数值模型，刻画围岩裂隙内发生水冰相变时能量转化过程，依托均质寒区隧道解析解和单裂隙岩体COMSOL数值解验证模型准确性。基于蒙特卡罗算法引入随机裂隙，分析不同裂隙参数对温度传导的影响，以新疆玉希莫勒盖隧道为例，结合现场温度监测数据试算出模型围岩随机裂隙参数，研究冻融条件下寒区隧道温度场规律。结果表明，通过与理论解和数值解对比，证明本模型能有效解决水冰相变问题并能确定相变界面位置；不考虑水分迁移条件下，裂隙对温度传导具有阻碍作用，且随裂隙密度、长度、开度等参数增大，阻碍作用增强，影响程度为裂隙密度>裂隙长度>裂隙开度，而裂隙角度对温度传导没有影响；新疆玉希莫勒盖隧道周边围岩温度和冻结深度均呈周期性变化，且随冻融循环周期次数增加，隧道周边围岩温度呈降低趋势，平均冻结深度呈增大趋势，同时能确定不同时间下围岩受冻害范围及变...
寒区隧道建设和运营期间存在冻害问题，严重威胁隧道结构安全与行车安全，而解决冻害问题时需确定隧道温度场分布规律及围岩受冻害范围，其中围岩内随机裂隙分布与裂隙内水冰相变作用是影响二者的重要因素。通过在键型近场动力学热传导方程中引入热焓，构建同时考虑裂隙和水冰相变作用的数值模型，刻画围岩裂隙内发生水冰相变时能量转化过程，依托均质寒区隧道解析解和单裂隙岩体COMSOL数值解验证模型准确性。基于蒙特卡罗算法引入随机裂隙，分析不同裂隙参数对温度传导的影响，以新疆玉希莫勒盖隧道为例，结合现场温度监测数据试算出模型围岩随机裂隙参数，研究冻融条件下寒区隧道温度场规律。结果表明，通过与理论解和数值解对比，证明本模型能有效解决水冰相变问题并能确定相变界面位置；不考虑水分迁移条件下，裂隙对温度传导具有阻碍作用，且随裂隙密度、长度、开度等参数增大，阻碍作用增强，影响程度为裂隙密度>裂隙长度>裂隙开度，而裂隙角度对温度传导没有影响；新疆玉希莫勒盖隧道周边围岩温度和冻结深度均呈周期性变化，且随冻融循环周期次数增加，隧道周边围岩温度呈降低趋势，平均冻结深度呈增大趋势，同时能确定不同时间下围岩受冻害范围及变...
寒区隧道建设和运营期间存在冻害问题，严重威胁隧道结构安全与行车安全，而解决冻害问题时需确定隧道温度场分布规律及围岩受冻害范围，其中围岩内随机裂隙分布与裂隙内水冰相变作用是影响二者的重要因素。通过在键型近场动力学热传导方程中引入热焓，构建同时考虑裂隙和水冰相变作用的数值模型，刻画围岩裂隙内发生水冰相变时能量转化过程，依托均质寒区隧道解析解和单裂隙岩体COMSOL数值解验证模型准确性。基于蒙特卡罗算法引入随机裂隙，分析不同裂隙参数对温度传导的影响，以新疆玉希莫勒盖隧道为例，结合现场温度监测数据试算出模型围岩随机裂隙参数，研究冻融条件下寒区隧道温度场规律。结果表明，通过与理论解和数值解对比，证明本模型能有效解决水冰相变问题并能确定相变界面位置；不考虑水分迁移条件下，裂隙对温度传导具有阻碍作用，且随裂隙密度、长度、开度等参数增大，阻碍作用增强，影响程度为裂隙密度>裂隙长度>裂隙开度，而裂隙角度对温度传导没有影响；新疆玉希莫勒盖隧道周边围岩温度和冻结深度均呈周期性变化，且随冻融循环周期次数增加，隧道周边围岩温度呈降低趋势，平均冻结深度呈增大趋势，同时能确定不同时间下围岩受冻害范围及变...
寒区隧道建设和运营期间存在冻害问题，严重威胁隧道结构安全与行车安全，而解决冻害问题时需确定隧道温度场分布规律及围岩受冻害范围，其中围岩内随机裂隙分布与裂隙内水冰相变作用是影响二者的重要因素。通过在键型近场动力学热传导方程中引入热焓，构建同时考虑裂隙和水冰相变作用的数值模型，刻画围岩裂隙内发生水冰相变时能量转化过程，依托均质寒区隧道解析解和单裂隙岩体COMSOL数值解验证模型准确性。基于蒙特卡罗算法引入随机裂隙，分析不同裂隙参数对温度传导的影响，以新疆玉希莫勒盖隧道为例，结合现场温度监测数据试算出模型围岩随机裂隙参数，研究冻融条件下寒区隧道温度场规律。结果表明，通过与理论解和数值解对比，证明本模型能有效解决水冰相变问题并能确定相变界面位置；不考虑水分迁移条件下，裂隙对温度传导具有阻碍作用，且随裂隙密度、长度、开度等参数增大，阻碍作用增强，影响程度为裂隙密度>裂隙长度>裂隙开度，而裂隙角度对温度传导没有影响；新疆玉希莫勒盖隧道周边围岩温度和冻结深度均呈周期性变化，且随冻融循环周期次数增加，隧道周边围岩温度呈降低趋势，平均冻结深度呈增大趋势，同时能确定不同时间下围岩受冻害范围及变...
寒区冻土工程在极端气候下面临挑战，土壤温度变化威胁工程结构稳定和安全，准确预测温度变化对工程安全至关重要。由于土壤冻结涉及材料相变，模拟预测中会出现非连续问题，基于连续性假设的热传导模型和局部偏微分方程的传统数值方法在求解该类问题时常产生奇异性。为此，本文引入近场动力学微分算子（PDDO），将经典连续介质力学中的偏微分方程转化为非局部积分形式，并基于热焓法建立相变热传导模型。选取不同近场范围模拟二维热传导过程并与解析解进行对比，确定在近场范围δ=3Δx时具有较高精度。选取不同相变材料模拟二维相变材料热传导过程，准确地模拟出相变材料在热传导过程中的温度变化以及材料相变过程。最后模拟了不同冻结温度下二维土体的冻结过程，准确捕捉到了相变温度并明显展现出相变温度平台。证实了本文提出的基于近场动力学的土冻结过程热传导模拟方法可以在给定条件下准确预测冻土温度变化。
寒区冻土工程在极端气候下面临挑战，土壤温度变化威胁工程结构稳定和安全，准确预测温度变化对工程安全至关重要。由于土壤冻结涉及材料相变，模拟预测中会出现非连续问题，基于连续性假设的热传导模型和局部偏微分方程的传统数值方法在求解该类问题时常产生奇异性。为此，本文引入近场动力学微分算子（PDDO），将经典连续介质力学中的偏微分方程转化为非局部积分形式，并基于热焓法建立相变热传导模型。选取不同近场范围模拟二维热传导过程并与解析解进行对比，确定在近场范围δ=3Δx时具有较高精度。选取不同相变材料模拟二维相变材料热传导过程，准确地模拟出相变材料在热传导过程中的温度变化以及材料相变过程。最后模拟了不同冻结温度下二维土体的冻结过程，准确捕捉到了相变温度并明显展现出相变温度平台。证实了本文提出的基于近场动力学的土冻结过程热传导模拟方法可以在给定条件下准确预测冻土温度变化。
寒区冻土工程在极端气候下面临挑战，土壤温度变化威胁工程结构稳定和安全，准确预测温度变化对工程安全至关重要。由于土壤冻结涉及材料相变，模拟预测中会出现非连续问题，基于连续性假设的热传导模型和局部偏微分方程的传统数值方法在求解该类问题时常产生奇异性。为此，本文引入近场动力学微分算子（PDDO），将经典连续介质力学中的偏微分方程转化为非局部积分形式，并基于热焓法建立相变热传导模型。选取不同近场范围模拟二维热传导过程并与解析解进行对比，确定在近场范围δ=3Δx时具有较高精度。选取不同相变材料模拟二维相变材料热传导过程，准确地模拟出相变材料在热传导过程中的温度变化以及材料相变过程。最后模拟了不同冻结温度下二维土体的冻结过程，准确捕捉到了相变温度并明显展现出相变温度平台。证实了本文提出的基于近场动力学的土冻结过程热传导模拟方法可以在给定条件下准确预测冻土温度变化。