交通运输工程学报
JOURNAL OF TRAFFIC AND TRANSPORTATION ENGINEERING
2005 Vol.5 No.3 P.41-46


热棒路基降温效应的数值模拟

汪双杰  陈建兵  黄晓明 

摘 要:基于青藏公路冻土路基病害整治热棒试验工程,建立热棒路基的等效传热模型,运用有限元方法对其进行数值模拟,研究青藏公路环境条件下热棒的工作周期、工作状态与作用半径,并通过对试验工程2 a观测数据分析,对比研究热棒在冻土路基中的降温效应.研究发现,热棒在约为5个月的工作周期内并非连续工作而呈波动式,实际工作时间为工作周期的2/3;热棒路基冬季降温效果明显,有利于路基土体冷储量增加,提高路基热稳定性;热棒在路基中的降温强度,水平方向随距离增大而衰减,有效作用半径为2.25 m,深度方向在热棒蒸发段最大,降低上限附近季节融化层冻土热融敏感性.结果表明,青藏公路热棒试验工程中其间距采用4.0 m是合理的,路基双侧设置热棒优于单侧,热棒向路基中心斜置更好.
关键词:道路工程;热棒路基;数值模拟;多年冻土
分类号:U416.1  文献标识码:A

文章编号:1671-1637(2005)03-0041-06

Numerical simulation of cooling effect for heat pipe subgrade

Wang Shuang-jie  Chen Jian-bing  Huang Xiao-ming 

基金项目:国家西部交通建设重大科技项目(2002 318 000)
作者简介:汪双杰(1962-),男,安徽安庆人,中交第一公路勘察设计研究院教授级高级工程师,博士,从事公路设计研究.86-29-88320807, wangshj@ccroad.com.cm.
作者单位:汪双杰(中交第一公路勘察设计研究院,陕西,西安,710075;东南大学,交通学院,江苏,南京,210096) 
     陈建兵(中交第一公路勘察设计研究院,陕西,西安,710075) 
     黄晓明(东南大学,交通学院,江苏,南京,210096) 

参考文献:

[1]Heuer C E. Application of heat pipes on the transport Alaska pipeline[R]. CRREL Report, 1979.
[2]庄竣,张红.热管技术及其工程应用[M].北京:化学工业出版社,2000.
[3]Sergei G. Heat pump application in permafrost engineering[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2004,26 (Sup):220-226.
[4]汪双杰,黄晓明,陈建兵,等.无动力热棒冷却冻土路基研究[J].公路交通科技,2005,22(3):1-4.Wang Shuang-jie, Huang Xiao-ming, Chen Jian-bing, et al. Research on soil subgrade cooling by non-power heat pipe[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development,2005,22(3) :1-4. (in Chinese)
[5]Ran Li,Xue Xin-gong,Bao Li-ming. Application and technical characteristics of thermal pipe subgrade in Qinghai-Tibet railway[J]. Journal of Glaciology and Geoecryology, 2004, 26(Sup) : 151-154.
[6]杨世铭,陶文铨.传热管[M].北京:高等教育出版社,2001.
[7]徐学祖,王家澄,张立新.冻土物理学[M].北京:科学出版社,2001.
[8]Harlan R L. Analysis of coupled heat-fluid transport in partially frozen soil[J]. Journal of Water Resource Research,1973,13(9) :1 314-1 323.
[9]Taylor G S,Luthin J N. A model for coupled heat and moisture transfer during soil freezing[J]. Canadian Geotech, 1978,27 (15) : 548-555.
[10]王铁行.多年冻土地区路基冻胀变形分析[J].中国公路学报,2005,18(2) :1-5.Wang Tie-hang. Analysis of frost heave on subgrade in permafrost regions[J]. China Journal of Highway and Transport, 2005,18(2) : 1-5. (in Chinese)
[11]孙斌祥,徐学祖,赖远明,等.块石路堤、护坡导热系数的实验研究[J].中国公路学报,2003,16(3):6-10.Sun Bin-xiang,Xu Xue-zu, Lai Yuan-ming, et al. Experimental research on thermal conductivity parameter of ballast embankment and revetment[J]. China Journal of Highway and Transport, 2003,16(3) : 6-10. (in Chinese)
[12]汪双杰,孙斌祥,徐学祖,等.路堤块石自然环境机理的室内模拟试验研究[J].中国公路学报,2004,17(4):18-23.Wang Shang-jie,Sun Bin-xiang,Xu Xue-zu,et al. Research on laboratory experiment of natural convection mechanism of embankment ballast [J]. China Journal of Highway and Transport, 2004,17(4) : 18-23. (in Chinese)
[13]汪双杰.高原多年冻土区公路路基稳定及预测技术研究[D].南京:东南大学,2005.
[14]侯曙光,汪双杰,黄晓明.基于相空间重构的冻土路基变形预测[J].交通运输工程学报,2005,5(2):35-37.Hou Shu-guang, Wang Shuang-jie, Huang Xiao-ming. Subgrade deformantion forecast of frozen soil based on phasespace reconstruction[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2005,5(2) : 35-37. (in Chinese)
[15]吴紫汪,程国栋,朱林楠,等.冻土路基工程[M].兰州:兰州大学出版社,1988.

收稿日期:2005年5月25日

出版日期:2005年9月30日

请看PDF全文