高原冻土区路面热阻和热反射技术对路基温度场影响的数值模拟研究

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高原冻土区沥青路面的吸热性和封水性改变了原有的地气平衡,导致路基下伏冻土不断积聚热量而不断退化,引发路基不均匀沉陷和各种路面病害。防止路面病害,保证基底冻土的稳定性是关键。本文对高原冻土区沥青路面应用热阻技术和热反射技术保护基底冻土热稳定性的可行性进行了数值模拟研究。  本文选取青藏公路典型路基路面结构建立有限元计算模型,将气候条件转化为温度场理论中的第Ⅱ类、第Ⅲ类边界条件,对冻土区含有相变的路基非稳态温度场进行了30年周期的数值模拟,分析了面层热导率的降低、基层热导率降低和路面热反射率的提高对路基温度场的影响规律。研究表明:  (1)面层热导率的降低和厚度的增加都能够减少路基体及基底冻土在年吸放热循环中的净吸热量,这有利于保护路基底冻土的热稳定性。依据四个指标分析,对H1=9cm,H2=18cm两种面层厚度与λ1=1.1W/m·℃、λ2=0.6W/m·℃、λ3=0.3W/m·℃、λ4=0.1W/m·℃四种热导率组合成的八种工况的阻热能力进行了排序,排序结果如下:  λ4H2>λ4H1>λ3H2>λ2H2>λ1H2>λ3H1>λ2H1>λ1H1  (2)基层热导率的降低对于路基底冻土的保护效果均比18cm面层热导率减低为相同值好,同时还可以降低面层内的温度梯度,所以降低基层热导率保护冻土的方法优于降低面层热导率保护冻土的方法。  (3)提高路面热反射率对基底冻土的保护效果显著优于降低路面热导率对基底冻土的保护效果。从效果上看,提高路面热阻保护基底冻土是一种被动低效的冻土保护方法,提高路面热反射率保护基底冻土是一种主动高效的冻土保护方法。
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