路基通風(fēng)調(diào)控技術(shù)試驗(yàn)研究

1、路基通風(fēng)調(diào)控技術(shù)試驗(yàn)研究路基通風(fēng)調(diào)控技術(shù)試驗(yàn)研究俞祁浩俞祁浩 牛富俊牛富俊2003-11，蘭州進(jìn)行的調(diào)控技術(shù)項(xiàng)目之一進(jìn)行的調(diào)控技術(shù)項(xiàng)目之一n通風(fēng)路基試驗(yàn)研究n溫控通風(fēng)路基試驗(yàn)研究通風(fēng)路基試驗(yàn)研究思路思路設(shè)計(jì)原則主動(dòng)保護(hù)多年凍土地溫主動(dòng)調(diào)控技術(shù)調(diào)控對流模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)值模擬數(shù)值模擬 效果評價(jià)效果評價(jià)通風(fēng)路基介紹n通風(fēng)路基溫度變化、分布及熱流狀況n通風(fēng)路基降溫效果分析通風(fēng)路基運(yùn)營狀況通風(fēng)完好率100%；少量PVC管管口施工破壞。路基最大變形量：4cm(?)通風(fēng)路基試驗(yàn)研究場地布設(shè)()DBZBP30ZBP40ZBH30ZBH40XBP30XBP40XBH30XBH40監(jiān)測斷面30P

2、VC管段40PVC管段30混凝土管段40混凝土管段-0.8-1.0-1.2-1.4-1.6通年風(fēng)相對位置平均地溫管205250505050505050試驗(yàn)段長度(m)DBZBP30ZBP40ZBH30ZBH40XBP30XBP40XBH30XBH40監(jiān)測斷面 通風(fēng)路基試驗(yàn)段多年凍土年平均地溫及試驗(yàn)路基分段 通風(fēng)路基試驗(yàn)研究地溫變化試驗(yàn)段對比斷面(DB)天然孔和路基中心孔等溫線分布圖（1）天然孔； （2）路基中心孔時(shí)間深度(m)無數(shù)據(jù)53101-9-702-1-502-5-402-9-202-12-3103-4-3003-8-28-1-1-2-2-3-4-5-3-4-500-0.1-0.1001

3、-1234-2-3-4-5-6-1時(shí)間深度(m)53101-9-702-1-502-5-402-9-202-12-3103-4-3003-8-28-1-1-2-2-3-4-5-3-4-501-9-25 路堤填土無數(shù)據(jù)00-0.1-0.100-0.5-0.5-2(1)(2)-0.75通風(fēng)路基試驗(yàn)研究地溫變化路堤中部混凝土通風(fēng)管路基(ZBH30、ZBH40)天然孔和路基中心孔等溫線分布圖（1）ZBH40天然孔；（2）ZBH30路基中心孔；（）ZBH40路基中心孔A: 01-9-25 通 風(fēng) 管 下 填 土 施 工B: 01-12-20 通 風(fēng) 管 鋪 設(shè)C: 02-4-8 通 風(fēng) 管 上 填 土

4、完 成時(shí) 間深 度 (m)531-10 1 -9 -70 2 -1 -50 2 -5 -40 2 -9 -20 2 -1 2 -3 10 3 -4 -3 00 3 -8 -2 8-1-1-2-2-3-4-5-3-4-5012340-1A00-0 .1BC0-0 .1-0 .1-0 .1A: 01-9-25 通 風(fēng) 管 下 填 土 施 工B: 01-12-20 通 風(fēng) 管 鋪 設(shè)C: 02-4-8 通 風(fēng) 管 上 填 土 完 成時(shí) 間深 度 (m)531-10 1 -9 -70 2 -1 -50 2 -5 -40 2 -9 -20 2 -1 2 -3 10 3 -4 -3 00 3 -8 -2

5、8-1-1-2-2-3-4-5-3-4-512340-1A00-0 .1BC時(shí) 間深 度 (m)531-10 1 -9 -70 2 -1 -50 2 -5 -40 2 -9 -20 2 -1 2 -3 10 3 -4 -3 00 3 -8 -2 8-1-1-2-2-3-4-5-3-4-5012340-1000-1-2-3-4-5-2-3-4-5-61234120-1-0 .1-6(1 )(2 )(3 )通風(fēng)路基試驗(yàn)研究地溫變化路堤下部混凝土通風(fēng)管路基(XBH30、XBH40)天然孔和路基中心孔等溫線分布圖（1）XBH40天然孔；（2）XBH30路基中心孔；（）XBH40路基中心孔時(shí) 間深 度

6、( m )531-10 1 -9 -70 2 -1 -50 2 -5 -40 2 -9 -20 2 -1 2 -3 10 3 -4 -3 00 3 -8 -2 8-1-1-2-2-3-4-5-3-4-5012340-1000-1-2-3-4-5-2-3-4-5-61234120-1-0 .1-0 .1-1-6時(shí) 間A : 0 1 - 9 - 2 5 通 風(fēng) 管 下 填 土 施 工B : 0 1 - 1 2 - 1 9 通 風(fēng) 管 鋪 設(shè)C : 0 2 - 1 - 1 0 通 風(fēng) 管 上 填 土 完 成深 度 ( m )531-10 1 -9 -70 2 -1 -50 2 -5 -40 2 -9

7、 -20 2 -1 2 -3 10 3 -4 -3 00 3 -8 -2 8-1-1-2-2-3-4-5-3-4-5012340-1-2-1ABC00-1-0 .1-0 .5-0 .5-0 .5-1時(shí) 間A : 0 1 - 9 - 2 5 通 風(fēng) 管 下 填 土 施 工B : 0 1 - 1 2 - 1 9 通 風(fēng) 管 鋪 設(shè)C : 0 2 - 1 - 1 0 通 風(fēng) 管 上 填 土 完 成深 度 ( m )531-10 1 -9 -70 2 -1 -50 2 -5 -40 2 -9 -20 2 -1 2 -3 10 3 -4 -3 00 3 -8 -2 8-1-1-2-2-3-4-5-3-4

8、-50123400-1-1-2-3-1ABC00-0 .1-0 .1-0 .1-0 .5-0 .5-0 .5-0 .5-0 .5(2 )(1 )(3 )天然左坡腳路堤左肩中心路堤右肩右坡腳DB: 無特殊措施對比斷面2002-2003-0.66-0.58-0.35-0.49-0.42-0.962001-2002-0.74-0.372002-2003-0.77-0.37-0.28-0.372001-2002-0.61-0.462002-2003-0.53-0.30-0.39-0.522001-2002-1.38-0.452002-2003-1.27-0.45-0.39-0.572001-2002-

9、1.59-0.802002-2003-1.42-0.73-0.67-0.672001-2002-1.48-0.532002-2003-1.50-0.93-0.69-1.05-1.23-1.432001-2002-1.38-0.602002-2003-1.35-0.79-0.58-0.86-1.12-1.392001-2002-1.43-0.612002-2003-1.45-0.79-0.69-0.84-0.98-1.242001-2002-1.47-0.772002-2003-1.43-1.02-0.84-0.83-1.05-1.09試驗(yàn)監(jiān)測斷面凍融時(shí)間段監(jiān)測孔位置ZBP30:30通風(fēng)管路堤中

10、部ZBP40:40通風(fēng)管路堤中部ZBH30:30通風(fēng)管路堤中部ZBH40:40通風(fēng)管路堤中部XBH30:30通風(fēng)管地面上0.7mXBH40:40通風(fēng)管地面上0.7mXBP30:30通風(fēng)管地面上0.7mXBP40:40通風(fēng)管地面上0.7m通風(fēng)路基試驗(yàn)研究地溫變化-10-50-10-50DB/2002-10-29-10-505-10-505ZBH40/2002-10-29051015202530354045距離(m)-10-505-10-505-1.5-1.5XBH40/2002-10-29-1.5-1.5(1)(2)(3)高度深度(m)高度深度(m)高度深度(m)通風(fēng)路基試驗(yàn)研究地溫場分布DB、

11、ZBH40、及XBH40斷面地溫場分布 (1) DB 斷面；（2）ZBH40斷面；（）XBH40斷面通風(fēng)路基試驗(yàn)研究地溫分布-10-8-6-4-20246-2-10123地溫高度/深度(m)-10-8-6-4-20246-4-3-2-1012地溫高度/深度(m)-10-8-6-4-20246-5-4-3-2-101地溫高度/深度(m)DB、ZBH40、及XBH40斷面地溫深度曲線 (1) DB 斷面；（2）ZBH40斷面；（）XBH40斷面（1）（2）（3）通風(fēng)路基試驗(yàn)研究熱流變化zttztqiceicez5 . 20 . 3根據(jù)熱傳導(dǎo)原理，垂直一維方向上進(jìn)入2.53.0m深度范圍的熱流通量可

12、以近似描述為：式 為熱流通量（W/m2）； 為冰的導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m)，其值為2.22； 為溫度,下標(biāo)表示深度； =0.5m。 zqicetzd00 . 20 . 40 . 60 . 8熱流(W/m2)c00 . 20 . 40 . 60 . 8熱流(W/m2)e00 . 20 . 40 . 60 . 8熱流(W/m2)b- 2024熱流(W/m2)f- 4- 20202-8-2902-9-2902-10-2902-11-2902-12-2903-1-2903-2-2803-3-2903-4-2903-5-2903-6-2903-7-2903-8-29時(shí)間熱流(W/m2)a- 3- 2- 10

13、12熱流(W/m2)a- 6- 4- 2024熱流(W/m2)c0 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 21 . 4熱流（W/m2）b0 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 2熱流（W/m2）d- 4- 3- 2- 1012熱流（W/m2）e- 2- 10123熱流（W/m2）f- 0 . 4- 0 . 20 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 001-8-2901-10-2901-12-2902-2-2802-4-2902-6-2902-8-2902-10-2902-12-2903-2-2803-4-2903-6-29

14、03-8-29時(shí)間熱流（W/m2）通風(fēng)路基試驗(yàn)研究熱流通量（2.5-3.0）DB斷面 ZBH、XBH斷面a 天然孔；b 左坡腳孔；c 左路肩孔； a ZBH40天然孔；b ZBH30中心孔；d 路基中心孔；e 右路肩孔；f 右坡腳孔 c ZBH40中心孔； d XBH40天然孔； e XBH30中心孔；f XBH40中心孔；通風(fēng)路基試驗(yàn)研究熱流（2.5-3.0）天然左坡腳路基左肩中心路基右肩右坡腳吸熱17104230961821615923823017686放熱-8922-7261000-19183吸熱2511527994放熱-208220吸熱21452185301693814478放熱-19

15、592000吸熱2206432924放熱-224710吸熱26187163161972615888放熱-20459000吸熱1995344919放熱-202110吸熱1883620537103299834852321240放熱-18743-10219-322-6282-6355-22519吸熱2383918426放熱-209970吸熱2179620087134444404781315555放熱-18342-64880-2390-3823-126702002-2003ZBH40:40通風(fēng)管路基中部2001-20022002-2003DB: 無特殊措施對比斷面2002-2003XBH30:30通風(fēng)

16、管地面上0.7m2001-20022002-2003XBH40:40通風(fēng)管地面上0.7m2001-20022002-2003熱量變化監(jiān)測孔位置試驗(yàn)監(jiān)測斷面凍融時(shí)間段ZBH30:30通風(fēng)管路基中部2001-2002（1）路基的施工對于其下多年凍土將產(chǎn)生極大的影響，單純的高填土路基雖然初期可以減小多年凍土季節(jié)融化深度，同時(shí)又升高了多年凍土的整體溫度，路基中2年內(nèi)存在較大深度范圍的零溫帶。（2）通風(fēng)管埋設(shè)于路堤中部的路基溫度變化和發(fā)展情況與一般路基類似，路基在施工后的兩個(gè)凍融周期內(nèi)仍處于整體升溫的過程，但40通風(fēng)管路基整體溫度低于一般路基和30通風(fēng)管路基，且近0帶的時(shí)空分布十分有限。（3） 通風(fēng)管埋

17、設(shè)于路堤下部的路基溫度雖然同樣有所升高，但路基內(nèi)基本上沒有零溫帶的分布，同時(shí)土體溫度有逐漸降低的趨勢。通風(fēng)路基試驗(yàn)研究初步結(jié)論4）不同結(jié)構(gòu)路基的橫斷面地溫場形態(tài)存在極大的不同，一般填土路基和通風(fēng)管位于路堤中部的路基，整體溫度都比較高，地溫場的分布在橫向左右對稱性差；通風(fēng)管位于路堤下部的路基，整體溫度相對較低，地溫場的分布在橫向上的對稱性也比較好。（5）一般路基無論兩肩還是路基中心，在施工完成后的第二個(gè)周期，原地面下2.53.0m深度范圍一直經(jīng)歷著吸熱過程，且在路基左肩（陽坡一側(cè)）熱流通量顯著高于中心和路基右側(cè)（陰坡一側(cè)），但整個(gè)路基土體相應(yīng)范圍的熱流通量都呈下降的趨勢。（6）由于路堤填土的熱影

18、響，路基工程施工后要經(jīng)歷一段時(shí)間的非平衡調(diào)節(jié)過程。一般填土路基和通風(fēng)管位于路堤中部的路基在施工后的前兩個(gè)凍融循環(huán)周期內(nèi)一直處于吸熱過程，而通風(fēng)管位于路堤下部的路基在經(jīng)歷了第一個(gè)周期的持續(xù)吸熱過程后，在第二個(gè)凍融循環(huán)周期內(nèi)開始出現(xiàn)放熱，說明通風(fēng)管設(shè)置在路堤下部比中部的工程效果良好。通風(fēng)路基試驗(yàn)研究初步結(jié)論溫控通風(fēng)路基介紹試驗(yàn)工作匯報(bào)試驗(yàn)工作匯報(bào)溫控通風(fēng)路基n場地布設(shè)n觀測資料分析問題提出n現(xiàn)有通風(fēng)路基具有冬季良好的降溫效果，但在夏季對于路基的升溫具有很大的促進(jìn)作用。 夏季通風(fēng)管關(guān)閉成為研究內(nèi)容之一風(fēng)門的設(shè)計(jì)通風(fēng)管自動(dòng)控制單元風(fēng)門n復(fù)合溫度感應(yīng)、控制等單元完成 外界溫度改變條件下完成 風(fēng)門的自動(dòng)開

19、啟、自動(dòng)閉合自動(dòng)開啟、自動(dòng)閉合觀測系統(tǒng)布設(shè)1# 30cm剖面單側(cè)剖面單側(cè)10個(gè)連續(xù)風(fēng)門個(gè)連續(xù)風(fēng)門長度長度8.3m2# 40cm剖面單側(cè)剖面單側(cè)9個(gè)連續(xù)風(fēng)門個(gè)連續(xù)風(fēng)門長度長度10m溫度探頭中心孔邊緣孔遠(yuǎn)處孔中心孔邊緣孔遠(yuǎn)處孔天然孔天然孔工作狀態(tài)n今年4月初完成安裝至目前工作正常。n工作狀態(tài)基本為晚間自動(dòng)打開，白天自動(dòng)關(guān)閉。評價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)n通風(fēng)管內(nèi)部中心與邊緣溫度場對比重點(diǎn)中心孔邊緣孔遠(yuǎn)處孔天然孔n路基中心孔溫度對比30cm管徑中心溫度零點(diǎn)下移速度明顯減慢。最大差距約30cm30cm管徑中心同深度處地溫升溫明顯減緩。溫度最大相差約0.5度1#剖面30cm中心鉆孔溫度-8-7-6-5-4-3-2-1.

20、6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.06-297-299-910-1930cm中心與遠(yuǎn)處鉆孔溫度定量對比未加風(fēng)門30cm管徑鉆孔溫度-8-7-6-5-4-3-2-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.06-297-299-910-19同深度處地溫升溫明顯減緩。溫度最大相差約0.5度地溫的負(fù)積溫明顯增加溫度零點(diǎn)下移速度明顯減慢。最大差距約40cm，最終約20cm。-0.4540cm中心與遠(yuǎn)處鉆孔溫度對比40cm管徑同日有無措施天然溫度對比（629）-9-8-7-6-5-4-3-2-10(2)0246810有措施沒措施天然孔40cm管徑同日有無

21、措施天然溫度對比（819）-9-8-7-6-5-4-3-2-10(2)024681012有措施沒措施天然孔溫度零點(diǎn)下移速度減緩更為明顯。40cm中心與遠(yuǎn)處鉆孔溫度對比40cm管徑同日有無措施天然溫度對比（919）-9-8-7-6-5-4-3-2-10(2)02468有措施沒措施天然孔40cm管徑同日有無措施溫度對比（10-29）-9-8-7-6-5-4-3-2-102.01.51.00.50.00.51.0有措施沒措施同深度處地溫相差同樣也更為明顯40cm中心與遠(yuǎn)處鉆孔溫度對比未加風(fēng)門40cm管徑鉆孔溫度-8-7-6-5-4-3-2-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0

22、6-297-198-98-198-299-99-199-2910-910-1910-292#中心鉆孔溫度-8-7-6-5-4-3-2-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.06-297-107-198-98-299-99-199-2910-910-1910-29溫度零點(diǎn)下移速度明顯減慢。最大差距約90cm，最終約70cm-5m處溫度相差最終約0.3度。負(fù)積溫相對更為明顯由此說明加裝風(fēng)門對于通風(fēng)路基具有降溫的積極作用，尤其對于大孔徑的通風(fēng)管30cm內(nèi)部溫度中心與邊緣對比通風(fēng)管內(nèi)部溫度對比頂頭溫度輻射影響明顯1日平均中心通風(fēng)管內(nèi)部溫度（29/75/8）0246810121412

23、345678右口中靠右中心中靠左左口1日平均邊緣通風(fēng)管內(nèi)部溫度（29/74/8）024681012141234567右口中靠右中心中靠左左口7月30cm內(nèi)部溫度1日平均邊緣通風(fēng)管內(nèi)部溫度（29/74/8）456781234567中靠右中心中靠左1日平均中心通風(fēng)管內(nèi)部溫度（29/75/8）234567812345678中靠右中心中靠左1日平均中心通風(fēng)管內(nèi)部溫度（7/930/9）01234561357911131517192123中靠右中心中靠左1日平均邊緣通風(fēng)管內(nèi)部溫度（7/930/9）012345671357911131517192123中靠右中心中靠左10月30cm內(nèi)部溫度1日平均中心通風(fēng)管

24、內(nèi)部溫度（1/1031/10）(3)(2)(1)01234135791113151719212325272931中靠右中心中靠左1日平均邊緣通風(fēng)管內(nèi)部溫度（1/1031/10）-3-2-10123456135791113151719212325272931中靠右中心中靠左30cm管內(nèi)中心溫度對比溫度差值隨外界溫度的增加而加大如何解釋鉆孔溫度反映不明顯？1 通 風(fēng) 管 內(nèi) 部 中 心 溫 度 對 比5 5 . . 6 6 7 74 4 . . 1 1 2 20 0 . . 9 9 3 34 4 . . 3 3 3 33 3 . . 1 1 7 70 0 . . 1 1 9 901234562 9

25、 / 7 - 5 / 87 / 9 - 3 0 / 91 / 1 0 - 3 1 / 1 0邊 中 心中 心40cm管內(nèi)中心溫度對比2#邊 緣 剖 面 通 風(fēng) 管 內(nèi) 部 溫 度 隨 時(shí) 間 變 化 情 況 (7/8-31/8)- 5051 01 52 02 50000000000000右 口中 靠 右中 心中 心 左左 口日 平 均 2#邊 緣 剖 面 通 風(fēng) 管 內(nèi) 部 溫 度 隨 時(shí) 間 變 化 情 況(7/8-31/8)024681 01 21 40000000000000右 口中 靠 右中 心中 心 左左 口數(shù)據(jù)資料存在問題：1）削波作用明顯 觀測數(shù)據(jù)有問題2）探頭編號(hào)有問題 無法進(jìn)

26、行中心與邊緣溫度對比40cm管內(nèi)中心溫度對比2 # 中 心 剖 面 通 風(fēng) 管 內(nèi) 部 溫 度 隨 時(shí) 間 變 化 情 況 ( 7 / 8 - 3 1 / 8 )- 5051 01 52 02 53 03 54 00000000000000000000000000右 口中 靠 右中 心中 靠 左左 口日 平 均 2 # 中 心 剖 面 通 風(fēng) 管 內(nèi) 部 溫 度 隨 時(shí) 間 變 化 情 況 ( 8 / 8 - 3 1 / 8 )024681 01 21 41 6000000000000000000000000右 口中 靠 右中 心中 靠 左左 口2中心通風(fēng)管內(nèi)部溫度正常中心通風(fēng)管內(nèi)部溫度正常3

27、0cm與40cm管徑鉆孔溫度對比n鉆孔溫度對比n通風(fēng)管內(nèi)部溫度對比30cm與40cm管徑效果對比1#剖面30cm中心鉆孔溫度-8-7-6-5-4-3-2-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.06-297-107-197-299-99-199-2910-910-1910-292#中心鉆孔溫度-8-7-6-5-4-3-2-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.06-297-107-198-98-299-99-199-2910-910-1910-29溫度零度點(diǎn)向下移動(dòng)速度基本相同在-6m到-7m范圍溫度30cm管徑較40cm管徑升溫慢、溫度低30cm

28、與40cm管徑內(nèi)部溫度對比日 平 均 2 # 中 心 剖 面 通 風(fēng) 管 內(nèi) 部 溫 度 隨 時(shí) 間 變 化 情 況 ( 1 / 9 - 3 0 / 9 )024681 01 21 41 600001 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 61 6888888右 口中 靠 右中 心中 靠 左左 口1 日平均邊緣通風(fēng)管內(nèi)部溫度（7 /9 3 0 /9 ）012345671357911131517192123中靠右中心中靠左1#溫控通風(fēng)管內(nèi)部溫度整體小于2溫控通風(fēng)管內(nèi)部溫度30cm與40cm管徑內(nèi)部溫度對比日 平 均 2 # 中 心 剖 面 通 風(fēng) 管 內(nèi) 部 溫

29、 度 隨 時(shí) 間 變 化 情 況 ( 1 / 1 0 - 3 1 / 1 0 )- 4- 2024681 01 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 8中 靠 右中 心中 靠 左1 日 平 均 中 心 通 風(fēng) 管 內(nèi) 部 溫 度 （ 1 / 1 0 3 1 / 1 0 ）( 3 )( 2 )( 1 )01234135791113151719212325272931中 靠 右中 心中 靠 左1#溫控通風(fēng)管內(nèi)部溫度整體降溫效果要好于2溫控通風(fēng)管內(nèi)部溫度30cm與40cm溫控通風(fēng)路基效果對比n30cm

30、溫控通風(fēng)路基效果要略好于40cm的溫控通風(fēng)路基原因分析n通風(fēng)量的控制 由此從另一個(gè)側(cè)面反映了控制夏季氣流的重要性n自然對流對內(nèi)部溫度的影響n管間距的不同降溫過程的促進(jìn)作用30cm管徑地溫日變化情況（10-11）-2-1012345-7-6-5-4-3-2-10系列1系列2系列3系列4系列5系列6系列7系列8系列9系列10系列11系列12系列1330cm未加措施溫度日變化(10-11)(2)(1)012345-7-6-5-4-3-2-10系列1系列2系列3系列4系列5系列6系列7系列8系列9系列10系列11系列12由于負(fù)積溫機(jī)理的存在對降溫過程起到積極促進(jìn)作用降溫過程的促進(jìn)作用30cm管徑地溫日變化情況（10-19）-1.5-1-0.500.511.522.5-7-6-5-4-3-2-10系列1系列2系列3系列4系列5系列6系列7系列8系列9系列10系列11系列12系列1330cm未