为研究不同温度模式下土体冻结特性，利用冻结试验装置对长春地区粉质黏土进行单向冻结试验。通过改变试验装置顶板温度及温度变化速率，研究分析试验过程中土体温度变化，试验前后土体含水率变化，试验后试样冷生构造、竖向冻胀位移。试验结果表明，土体温度变化大致分为四个阶段：骤降，回升或缓降，持续降温，恒定。相同降温速率，顶底板温度梯度越大，第二阶段温度回升程度越大；顶底板温度梯度相同时，降温速率越大，第二阶段温度回升程度越小。试验结束后，土体外表面出现网状裂缝且沿深度方向裂缝变宽，网状构造宽度与温度梯度大小成正比；土体内部有明显水分结晶，连续分凝冰包裹土体形成类似蜂窝状结构，其中存在一定肉眼可见的未冻水，且降温速率越小，肉眼可见未冻水含量越少。靠近控温顶板（冷端）土体含水率显著增加，靠近控温底板（暖端）土体含水率减小或基本不变，降温速率相同，温度梯度越大，冷端附近土体含水量增加越明显，相同冻结温度下，降温速率越低，冷端附近含水量增量越大。土体竖向冻胀量与温度梯度成正比，降温时间30 min条件下，冷端温度由0℃降低至-15℃冻胀量增加趋势较大，降温时间为60 min时，-10～-15℃温度变化区间冻...
新型框架通风锚杆是自主研发的一种冻土边坡柔性支挡结构，具有广阔的应用前景。为了探究新型框架通风锚杆的降温效果及力学效应，设计了能够加载、变角度且可同时测得温度、水分、风速及内力的多功能冻土实验箱，并搭建了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的室内试验，得到了不同时期内边坡温度、水分、风速及支挡结构内力变化规律。试验结果表明：越靠近通风锚杆，土体温度和水分变化越明显，新型通风锚杆能吸收冷量并沿轴向和径向传递和扩散，具有良好的降温效果，并保持冻土边坡的冻结状态。新型通风锚杆内风速变化规律与外界风速变化较为一致，外界风速越大，新型框架通风锚杆降温效果越明显。不同时期内，新型锚杆轴力呈抛物线型变化，冻结期轴力大于融化期，且冻结期框架内力是融化期的2～3倍。研究结果可为新型框架通风锚杆的设计和工程应用提供指导。
新型框架通风锚杆是自主研发的一种冻土边坡柔性支挡结构，具有广阔的应用前景。为了探究新型框架通风锚杆的降温效果及力学效应，设计了能够加载、变角度且可同时测得温度、水分、风速及内力的多功能冻土实验箱，并搭建了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的室内试验，得到了不同时期内边坡温度、水分、风速及支挡结构内力变化规律。试验结果表明：越靠近通风锚杆，土体温度和水分变化越明显，新型通风锚杆能吸收冷量并沿轴向和径向传递和扩散，具有良好的降温效果，并保持冻土边坡的冻结状态。新型通风锚杆内风速变化规律与外界风速变化较为一致，外界风速越大，新型框架通风锚杆降温效果越明显。不同时期内，新型锚杆轴力呈抛物线型变化，冻结期轴力大于融化期，且冻结期框架内力是融化期的2～3倍。研究结果可为新型框架通风锚杆的设计和工程应用提供指导。
以青海某工程为实例，将通风管降温技术应用到输电线路冻土地区工程中，通过分析通风管内空气与大气热量交换的物理过程，对通风管与输电线路杆塔地基土体的传热物理特征进行研究，推导通风管强迫对流的合理长径比。同时，结合冻土地区输电线路工程实际环境，进行通风管降温效果数值分析。结果表明，空气在通风管内的流动以湍流换热方式消耗了输电线路杆塔地基中存在的热量，减少了杆塔地基热量的下传，能够有效降低地温，使基础以下多年冻土维持冻结状态，通风管降温技术作为冻土地区杆塔地基融沉的良好防治措施效果良好。
考虑到宽幅路基的“聚热效应”和复杂的多年冻土环境，拟建青藏高速公路建设所面临的关键问题是如何保证路基的长期热稳定性。基于现场监测数据和传热传质理论，建立分离式通风管路基三维数值模型，分析与预测未来50年通风管在青藏高速公路分离式路基中的工程效果。结果表明：分离式通风管路基具有较好的降温效果，能够保证路基及其下部多年冻土的长期热稳定性。但是，当隔离带宽度小于10m时，后幅路基管道内部风流变化特征受到隔离带宽度的显著影响，导致其对下部多年冻土的降温效果弱于前幅路基。此外，在隔离带较窄情况下，两幅路基之间隔离带区域存在局地增温效应，将对路基及其下部多年冻土产生严重的热扰动，不仅引起多年冻土上限下降、温度升高，而且增加了路基两侧下部土体温度场的不对称性。尝试将两幅路基通风管连通来弱化局地增温效应，但连通后路基及隔离带区域下部土体的热状况反而更差，说明这种方法未能有效解决局地增温效应的热影响。
考虑到宽幅路基的“聚热效应”和复杂的多年冻土环境，拟建青藏高速公路建设所面临的关键问题是如何保证路基的长期热稳定性。基于现场监测数据和传热传质理论，建立分离式通风管路基三维数值模型，分析与预测未来50年通风管在青藏高速公路分离式路基中的工程效果。结果表明：分离式通风管路基具有较好的降温效果，能够保证路基及其下部多年冻土的长期热稳定性。但是，当隔离带宽度小于10m时，后幅路基管道内部风流变化特征受到隔离带宽度的显著影响，导致其对下部多年冻土的降温效果弱于前幅路基。此外，在隔离带较窄情况下，两幅路基之间隔离带区域存在局地增温效应，将对路基及其下部多年冻土产生严重的热扰动，不仅引起多年冻土上限下降、温度升高，而且增加了路基两侧下部土体温度场的不对称性。尝试将两幅路基通风管连通来弱化局地增温效应，但连通后路基及隔离带区域下部土体的热状况反而更差，说明这种方法未能有效解决局地增温效应的热影响。
为了研究多年冻土区地温变化规律及评价L型和直式热棒的地温调控效果,以某一级公路采用的热棒群降温工程措施为研究对象,以现场实时监测数据为基础,评价了热棒有效影响半径、作用期限和影响深度等因素对多年冻土路基的降温冷却效果,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温预测模型。研究表明:在垂直于路基中心线的水平方向上,热棒作用下的路基地温变化呈"弯沉盆曲线"型,最小有效影响半径为2.0m。在近路中心侧最低地温在-0.5℃以下,L型热棒降温效果更佳;而在近路肩侧最低地温基本处于0℃以下,直式热棒冷却效能优势较大。多年冻土路基地温变化近似呈现正弦波形曲线分布,单位周期内地温振幅随深度增加不断衰减,且存在相位滞后效应和偏距差异,经历两个冻融循环冷却期后,两种热棒段的路基最低地温降幅分别达到51.5%、50%。浅层地温受大气温度和黑色沥青路面聚热效应的影响波动幅度较大,但随着路基埋深的不断增大,其周期性波动逐渐削弱并逼近年平均地温。多年冻土地温预测值与实测值相关系数均在0.97以上,预测效果良好。研究成果可为多年冻土路基设计、运营维护和变形监测提供新视野。
为了研究多年冻土区地温变化规律及评价L型和直式热棒的地温调控效果,以某一级公路采用的热棒群降温工程措施为研究对象,以现场实时监测数据为基础,评价了热棒有效影响半径、作用期限和影响深度等因素对多年冻土路基的降温冷却效果,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温预测模型。研究表明:在垂直于路基中心线的水平方向上,热棒作用下的路基地温变化呈"弯沉盆曲线"型,最小有效影响半径为2.0m。在近路中心侧最低地温在-0.5℃以下,L型热棒降温效果更佳;而在近路肩侧最低地温基本处于0℃以下,直式热棒冷却效能优势较大。多年冻土路基地温变化近似呈现正弦波形曲线分布,单位周期内地温振幅随深度增加不断衰减,且存在相位滞后效应和偏距差异,经历两个冻融循环冷却期后,两种热棒段的路基最低地温降幅分别达到51.5%、50%。浅层地温受大气温度和黑色沥青路面聚热效应的影响波动幅度较大,但随着路基埋深的不断增大,其周期性波动逐渐削弱并逼近年平均地温。多年冻土地温预测值与实测值相关系数均在0.97以上,预测效果良好。研究成果可为多年冻土路基设计、运营维护和变形监测提供新视野。
为了研究多年冻土区地温变化规律及L型热棒温度调控效能,以公路热棒群降温工程措施为研究对象,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温波动预测模型,评价了利用热棒工程措施处治试验段多年冻土路基的降温能效。研究结果表明:热棒作用范围较大,有效影响半径可达5.25m。不同监测时段的冻土地温变化规律略有区别,深度在6m范围内,各测孔地温变化最大降幅达82.1%,6m以下深度范围内,地温逐渐趋于0℃以下。热棒作用初期,多年冻土路基横向地温呈差异化分布,但随着热棒温控效应的增强,有效影响半径内温度调控效果明显,横向地温分布差异性减弱,逐渐趋于较稳定的年平均地温。多年冻土区地温预测值与实测值相关系数均在0.99以上,预测效果良好。研究成果可为冻土路基地温预测、变形监测和降温措施制定提供借鉴。
为了研究多年冻土区地温变化规律及L型热棒温度调控效能,以公路热棒群降温工程措施为研究对象,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温波动预测模型,评价了利用热棒工程措施处治试验段多年冻土路基的降温能效。研究结果表明:热棒作用范围较大,有效影响半径可达5.25m。不同监测时段的冻土地温变化规律略有区别,深度在6m范围内,各测孔地温变化最大降幅达82.1%,6m以下深度范围内,地温逐渐趋于0℃以下。热棒作用初期,多年冻土路基横向地温呈差异化分布,但随着热棒温控效应的增强,有效影响半径内温度调控效果明显,横向地温分布差异性减弱,逐渐趋于较稳定的年平均地温。多年冻土区地温预测值与实测值相关系数均在0.99以上,预测效果良好。研究成果可为冻土路基地温预测、变形监测和降温措施制定提供借鉴。