| 题名 | 多年冻土区道路路基遮阳措施效果及影响因素研究 |
| 作者 | 冯文杰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-11-28 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 马巍 |
| 关键词 | 多年冻土 遮阳板 边坡保护 热稳定性 青藏铁路 青藏公路 青康公路 路基工程 烟囱效应 |
| 其他题名 | Study on Cooling Effect of Awning Measure and its Influencing Factors on Embankment in Permafrost Regions |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 遮阳措施（包括遮阳板护坡和遮阳棚护面）作为一种积极主动的保护多年冻土措施之一，在青藏铁路开工之前研究较少，随着青藏铁路的建设以及保护多年冻土的各种主动降温工程措施在青藏公路、铁路沿线的应用，遮阳措施才逐渐被科研人员关注及施工人员采纳应用，但是缺乏系统研究，对遮阳措施的降温效果以及基本的设计施工参数缺乏深入的探讨。基于这一目的，本论文主要针对多年冻土区道路工程主动保护冻土措施之一的遮阳措施的应用效果进行探讨分析，综合比较青藏高原不同地点的遮阳措施应用效果，包括高温冻土区和低温冻土区的对比，结合室内模型试验数据和数值仿真结果，对遮阳措施的应用效果和基本参数设计进行了比较系统全面的分析研究。归纳出遮阳措施对路堤的降温应用效果结论主要体现在以下几方面： (1) 快速降低路堤边坡气温：青藏铁路无人区遮阳棚应用结果表明，在14时近地表处棚内较天然要低出4.2℃左右，较棚外侧低出0.8℃左右；在距离地表1.5m高处棚内较天然要低出2.1℃左右，较棚外侧低出0.6℃左右。对比最低气温值，其差别不大，温度低出0.8~1.2℃，在寒季差别稍微大一些，温度低出2.0℃左右；对比最高气温值，其差别明显，在寒季天然比棚内高出2.5~5.0℃，在热季天然气温则高出棚内6.5~8.5℃左右。 (2) 降低边坡土体表面年平均温度：青藏公路监测结果表明加盖遮阳板后，边坡表面温度比普通路基能够在短期内迅速降低4℃之多，并且明显抬升路基土体下伏多年冻土的上限，遮阳板断面下的冻土上限下降量仅为普通路基的三分之一左右。室内模型试验也验证了在夏季（高温季节）遮阳板路堤边坡要低出天然路基4.5~6.0℃，在冬季也要低出3.0℃左右。 (3) 明显减少路堤路面沉降：在青藏公路遮阳板试验段，右侧路肩（阴坡一侧）部位由于没有采取任何措施，同天然路基一样，沉降达到21cm；而在左侧路肩（阳坡一侧）由于有遮阳板护坡影响，沉降量就少得多，只有9cm，并且从右到左沉降量逐渐减少，说明距离遮阳板护坡措施越远，受到遮阳板的影响就越少。同样青藏铁路结果表明：普通路基试验段累计变形量最大，达55mm左右；而遮阳板护坡路基试验段变形量则小得多，下沉量只有15mm左右，比普通路堤下沉量的三分之一还要少。 (4) 减少进入路堤边坡表面热流：天然路基表面由于没有遮阳板的护坡保护，热流进入路基土体普遍比遮阳板路基多，试验条件下普通路堤较铁皮遮阳板护坡路堤多1682.6 W•h•m-2，加盖铝塑板护坡路堤比普通路堤热流进入量少1728.7 W•h•m-2。 (5) 在高温冻土区（青康公路花石峡试验段）的应用得知，遮阳板护坡措施能够明显减缓路堤土体温度抬升速率，对比发现净空70cm的遮阳板产生的效果明显优于净空20cm的遮阳板，从而对遮阳板净空有一个初步直观的认识：遮阳板净空存在一个合理高度，不宜太高和过低。 (6) 模型试验结果显示，遮阳板的净空值对路堤土体温度场影响较大，净空值越大，降温效果越好，而材质的影响很小，可以不用考虑遮阳板的“二次辐射”因素等对路堤温度场的影响。同时证明了太阳辐射强烈时遮阳板具有更好的遮阳降温效果，在冬季效果不大，而在夏季其降温效果最明显。 (7) 遮阳板护坡措施的应用，对于路堤边坡在表面人为增加了一个比较狭长的通道，对边坡表面空气流动起到加速的作用（“烟囱效应”），利于路堤边坡表面的散热和土体的降温，通过模拟计算得出遮阳板最佳净空值以50cm左右为宜。同时归纳分析得出遮阳板下风速（V）与初始风速（V初）及遮阳板净空值（H）之间的半经验关系式： V＝(－0.000095×V初＋0.00001)×(H－53.4)2＋1.482×V初＋0.02525 (8) 通过数值模拟分析结果表明，在全球变暖气温升高的背景下，遮阳板护坡路堤土体在未来50a内的温度场升温程度不大，小于普通路堤。在前30a内冻土上限基本保持在原天然地表附近，直到50a时也只降低至原天然地表下3~4m左右，比低温冻土区普通路堤上限下降量减少了4~5m，比高温冻土区普通路堤上限下降量少了6~7m。依据该计算结果可以说明在目前气候变化背景下，遮阳板护坡措施能够有效保护路堤底下冻土稳定，明显减缓路堤土体温度的升高，显著提高路堤底下多年冻土的上限，在模拟计算50a的时间范围内显示能够确保百年大计工程的稳定，同时也为冻土区道路工程的修建、运营与维护提供可信的依据和参考。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 142 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21612]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冯文杰. 多年冻土区道路路基遮阳措施效果及影响因素研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
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