【摘 要】
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随着国家高速公路网的逐渐完善,高等级宽幅公路逐渐向青藏高原多年冻土区发展。然而,在沥青路面吸热与全球气候升高的影响下,路基底部多年冻土温度会迅速升高,路基将会出现热融沉陷等一系列病害,这给宽幅冻土路堤的稳定带来了更多的困难。通风管路基作为一种主动降温的路基结构,能降低路基多年冻土地温、抬升路基人为上限,现在已经被青藏铁路广泛采用。传统的通风管因为埋设方式受地形限制较大,通风效果差,管口容易被风砂堵
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随着国家高速公路网的逐渐完善,高等级宽幅公路逐渐向青藏高原多年冻土区发展。然而,在沥青路面吸热与全球气候升高的影响下,路基底部多年冻土温度会迅速升高,路基将会出现热融沉陷等一系列病害,这给宽幅冻土路堤的稳定带来了更多的困难。通风管路基作为一种主动降温的路基结构,能降低路基多年冻土地温、抬升路基人为上限,现在已经被青藏铁路广泛采用。传统的通风管因为埋设方式受地形限制较大,通风效果差,管口容易被风砂堵塞等缺点,所以其不能较好的冷却比铁路宽度大5倍左右且拥有高吸热能力沥青路面的青藏高速公路。鉴于上述,课题组团队提出了一种新型通风装置将不受传统通风管路基的诸多限制,是能主动高效保护高温冻土的工程措施。本文以青藏高原北麓河地质数据建立新型通风管路基三维模型,对新型通风管路基的冷却效果、温度变化、路基融沉、管道设计参数优化进行了分析。具体的研究内容与研究成果主要包括以下几个方面。(1)针对现有通风管路基存在的不足,提出了一种新型主动通风装置解决了传统通风管路基容易被堵塞、冷却效率较低等诸多问题。同时通过室内抽气试验验证了该装置的可行性,并对新型主动通风装置如何运用到青藏高速公路的工程技术进行了研究,编写了新型通风管路基管道的设计参数与新型通风管路基装配式施工说明。(2)基于数值计算结果,通过对比不同路基的地温、冻土上限、通风管工作状态与沉降的变化规律。结果证明现有的通风路基通风方式存在不足,没有充分的利用风能。冷季通风路基虽然避免了暖季气流进入通风管,但是在冷季末期的高负温气流进入通风管会加热土体,不利于冻土路基稳定;然而新型通风路基处于智能控温时,能够使得管道内气流温度一直小于路基土体温度,可最大程度的延长路基冻结时间,减小路基的沉降变形。(3)进一步对新型通风管路基的管道设计参数进行了优化,发现管道直径为0.4m,管道间距为2.4m,管道埋设在天然地面0.0m处路基降温效果较好并可方便施工。同时,由于路基边坡吸热较大,应当在路堤边坡铺设保温板,以减小边坡融化与阴阳坡效应。(4)建立了新型通风管路基的最长使用距离与路基场地因素间的函数关系式,并对最长使用距离下路基的温度与沉降变化进行了研究,可为新型通风装置在青藏高速公路中的运用提供理论依据。
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