框架通风锚管多年冻土边坡支护结构是基于"积极保护冻土"的原则提出的一种同时具备通风降温功能和锚固功能的新型多年冻土边坡支护结构,为了推动该结构在工程中的应用,现对其降温效果进行研究。首先,对通风锚管与土体之间的管壁换热机制进行分析,得出考虑风速影响的管壁热流密度计算公式;然后建立通风锚管径向传热模型,以管壁热流密度作为锚管边界条件,通过摄动方法求解,得出径向冻结锋面扩展的降温效果评价指标;同时,基于能量守恒定律得出通风锚管轴向坡面融深变化的另一降温效果评价指标;采用自主研发的有限元程序对通风锚管的降温效果进行数值模拟,并结合理论结果进行验证分析。结果表明:管壁的热交换作用是对流换热和蒸发散热两种作用的叠加;通风锚管具备较好的降温效果,且受管壁开孔率的影响较大;给出的评价指标能够全面的评价通风锚管的降温效果;有限元结果也证实了通风锚管良好的降温效果以及评价指标的合理性。研究成果能够为结构的设计提供理论依据和指导。
针对寒区冻土边坡失稳普遍采用被动技术治理的缺陷,基于"主动降温保护冻土"的理念,结合通风管和框架锚杆各自的优势,提出一种具有主动降温、减胀、支挡锚固功能一体化的多年冻土边坡新型支护结构,对其构造和工作原理进行了阐述;在考虑风速阻力损失的情况下,根据结构自然通风的驱动力和结构风场压差的等量关系,得出结构内部的风速计算公式,进而评价通风锚管的通风能力。结合算例,采用有限元和理论计算的方法对结构通风能力及影响因素进行分析,结果表明:结构具有较好的通风能力,对保持边坡的稳定有利;风压差为结构自然通风的主要驱动力,沿程阻力损失为结构的主要风速损失;抽风弯管的设置显著提高了通风能力;结构通风的最优管径比为0.4～0.7;结构自由段长度越大,通风能力越弱。