冻土路基温度场有限元分析

在冻土工程领域,国内外已经展开了广泛的基础性研究,取得了丰硕的成果。对冻土路基温度场问题,目前已有理论依据和计算方法,但是,只考虑了第一类边界条件,本文利用有限元软件同时考虑了辐射、蒸发、换热等各种边界条件对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析。根据计算结果分析,从而有力地验证了采用有限元计算方法来分析冻土路基温度场的可靠性。     

冻土路基温度场有限元分析

在冻土工程领域,国内外已经展开了广泛的基础性研究,取得了丰硕的成果。对冻土路基温度场问题,目前已有理论依据和计算方法,但是,只考虑了第一类边界条件,本文利用有限元软件同时考虑了辐射、蒸发、换热等各种边界条件对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析。根据计算结果分析,从而有力地验证了采用有限元计算方法来分析冻土路基温度场的可靠性。     

热流固耦合作用冻土路基变形规律研究

为揭示季节性冻土路基温度场、应力场和夏季降雨与冰晶融化所产生的渗流场,三场耦合引起的冻土路基变形与破坏.根据热流固三场耦合理论,提出了考虑相变的温度场、渗流场和变形场耦合的数学力学模型,体现了冻土路基中固体骨架、水、冰三相介质的水、热、力耦合作用;在数值模拟分析中,将路基仅受温度载荷与温度和车辆荷载共同作用进行了比较,得出冻土路基的变化规律,其研究结果对冻土路基的施工和维护有一定指导意义.     

冻融环境下岩体隧道水热耦合模型及数值分析

针对寒区日益增长的工程需要,以大型寒区岩体隧道工程为背景,基于综合传热传质理论,充分考虑岩体介质双重孔隙的结构特点及水热梯度共同作用下水分的迁移与转化,建立岩体冻融过程水热迁移的理论模型,应用Galerkin法导出了这一问题的有限元公式.并以寒区大阪山隧道出口段k106+025处围岩为对象,在空间域内采用有限元网格划分,而在时间域内用有限差分网格划分的混合解法进行有限元计算,分析温度场和水分场变化规律.模拟结果与现有研究成果和工程经验类似,可验证模型的合理性,并为寒区冻融环境下岩体工程的安全性与稳定性分析提供一定的参考.     

动荷载作用下高温冻土路基的动力响应分析

采用有限元计算和模拟试验相结合的方法,研究了高温冻土路基在列车动荷载作用下的动力响应。首先,通过数值计算分析了路基的地表变形、内部土压力的变化规律。根据相似理论确定并没计了冻土路基模拟试验装置,通过在路基周围地表及其内部布设压力和变形传感器,并用自行设计的列车动荷载加载装置对路基施加模拟荷载,进行了冻土路基的模拟试验。模拟试验和数值计算的结果分析表明:采用的数值计算模型和模拟试验方法基本可行,研究结果可为青藏铁路的安全运营以及维护提供参考。     

列车作用下冻土路基动力响应的数值模拟

为研究高温冻土铁路路基内部的动力变化规律,以人工数定激励力法模拟列车荷载,采用ABAQUS有限元软件建立冻土路基模型,对列车作用下的冻土路基进行动力响应模拟.结果表明:在列车振动荷载作用下,冻土路基内部各点的应力和位移均由路基的顶部中心位置向两侧和下部逐渐减小,路基的最大应力和最大变形均发生在其顶部中心处;路基内各个点的竖向振动随着深度增加逐渐衰减.该结果可为高温冻土路基的强度变化研究提供借鉴.     

青藏铁路多年冻土区路基温度场的模拟与预测

在多年冻土区修建铁路站场路基,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,地下温度场将重新分布.根据此特征可推断多年冻土的发展演化趋势以及评定路基的稳定状况.结合青藏铁路某段站场路基实际监测数据,利用ANSYS软件对2002年～2030年地下温度场进行有限元数值模拟.模拟计算结果表明:路基下冻土上限发生上移,多年冻土得到了保护;在年平均气温增长0.02 ℃的条件下,试验段内冻土人为上限和未受路基影响的冻土天然上限均逐年下降;同时,路基阳坡、阴坡两侧地下温度场分布特征的差异构成了路基不均匀变形和路面裂缝的潜在威胁.     

109国道冻土路基动力融化固结研究

在冻土路基非稳态温度场控制方程和融化固结理论模型的基础上,以109国道橡皮山地区典型路基土体粉质黏土制做的圆柱体力学模型为研究对象,采用有限元软件ABAQUS建立计算模型,并与室内试验结果对比,提出了土体冻结和融化过程中的温度场和融化沉降的变化规律.研究结果表明:在动荷载作用下,土样变形量随时间而增大,最终达到了稳定形式,而在不同幅值动荷载作用下,土样变形量存在明显差异,在一定的范围内,动荷载幅值大小对冻结土体融化速率作用有限.     

多年冻土区聚苯乙烯隔热公路路基温度场数值分析

为了研究随外界环境条件改变聚苯乙烯(EPS)冻土路基温度场变化特征,运用ABAQUS有限元分析方法,对多年冻土区EPS隔热路基的温度场进行了数值模拟.计算时采用改变EPS铺设位置,模拟路面下多年冻土季节最大融深在路基修筑完工后8a内随时间的变化.通过对计算结果分析得出,在多年冻土区路基中铺设保温材料对路面下多年冻土具有明显的保护作用.当EPS铺设在路堤底部时,路堤温度场分布比较均匀,路堤内部都为正温,在EPS板下,路基温度都为负温,说明EPS有效阻止了边坡和路面传入的热量.因此,如果要修筑EPS隔热路基,应将EPS板铺设于路堤底部.     

冻土区典型热融滑塌地温变化及防治效果模拟

冻土地区斜坡的稳定性很大程度上取决于坡体内温度场的分布状况.在野外观测数据无法完整的反映出热融滑塌发展过程中斜坡温度场分布的情况下,结合青藏公路K3035热融滑塌的气候及工程地质条件,应用有限元方法进行了滑塌过程温度场分布的数值模拟,并与实际观测资料进行了对比,进一步讨论了在滑坎位置填埋碎石的工程防治措施的效果.结果表明滑坎位置下多年冻土不稳定,容易导致斜坡的进一步滑塌,而防治措施能有效遏制滑塌趋势.     

路基冻结过程中温度场对变形场的影响

为了研究冻土路基温度场及变形场的动态变化规律，基于伴有相变的路基非稳态温度场控制方程和冻土路基变形场二维数值计算模型，对冬季冻土路基温度场和变形场进行了计算分析，得出路基深层土中的温度变化滞后于表层土和气温；对于冻胀冰锋线分布较广的路基，其破坏易在坡脚处产生；冻胀冰锋线分布范围较小的路基，破坏大致发生在竖向位移较大的路基中部。结果表明，冻胀冰锋线的范围是影响路基变形场的重要因素。     

青藏铁路多年冻土场地波速特性分析

为分析冻土场地波速变化规律,通过现场钻孔波速测试,并结合已有典型场地波速资料,研究了青藏铁路沿线多年冻土场地波速比的经验值及波速变化受控制因素的影响规律。结果表明:多年冻土场地纵横波速比经验参考值可选用1. 5左右;冻土层波速传播规律与地温、土层埋深、土质属性、冻结冰晶含量等诸多因素相关;冻结作用使土体的结构性增强从而冻土体强度增强,冻结状态下土体的波速通常大于未冻结场地土体;多年冻土层波速值随土层深度的增加、地温的降低和冻结土体中冰晶含量的增加而增加。     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。     

基于温度与压力双重作用的致密储层渗透率定量评价模型

为了建立油气开采过程中,储层渗透率随温度、孔隙压力变化而改变的定量评价模型,假定岩石仅产生弹性变形,根据多孔介质弹性力学理论,推导出岩石孔隙体积和尺寸的应力-应变关系;再应用管流模拟渗流,根据Kozeny-Carman方程得到渗透率随温度、孔隙压力变化的定量计算模型.针对常规渗透率测试存在的问题,改进实验方法,模拟真实储层温度压力条件,开展了岩心力学和渗透率同步实验.研究结果表明,模型计算的渗透率损失与实验测试结果吻和良好.模型适用于裂缝不发育的致密岩石在弹性变形范围内的渗透率定量计算.随着油气采出,孔隙压力下降,导致渗透率减小,而地层温度降低,导致渗透率增大,这两方面对渗透率的影响具有相互抵消的作用.因此,由于温度、孔隙压力变化引起的储层岩石渗透率总体变化很小,一般不超过±2％.     

淬冷过程工件温度场的计算机模拟与实验

在实验测得的换热系数基础上，利用有限元方法，对淬火工作的温度场进行计算机模拟。由计算机模拟结果可以看出，对淬火工件的计算机模拟可以真实，直观地表达出实际淬火过程中，工件内部的温度、冷却速度变化等情况。模拟结果和测量结果是比较接近的，能够反应真实的淬火过程温度场的变化。     

DUT-1非冻结合成模型冰物模技术及应用

基于渤海海水的物理和力学特性、海冰物理模型试验的相似理论以及国际上已有模型冰的经验,较成功地研制出一种用于模拟我国渤海海冰的非冻结可破碎功能材料－－DUT－1模型冰。该模型冰采用聚丙烯粉、水泥、塑料微珠等材料,加入一定量的水、由特制的搅拌机搅拌均匀倒入模具后成型制成。利用DUT－1模型冰材料,在实验室常温波流水槽中进行了冰排在波浪作用下的断裂、冰排对直桩及锥体结构物结构作用的物理模型试验。通过对试验现象的观察,对实验结果的综合分析、对相关理论及经验公式计算结果的比较,证明DUT－1非冻结合成模型冰材料物模实验技术有较好可靠性。     

二次曲线模型求解中厚板轧制过程中的温度场

针对中厚板轧制过程中温度场不易精确模拟,普通温度模型计算存在误差较大的问题,通过建立二次曲线模型来计算中厚板轧制过程中的温度场,即对中厚板的轧制过程进行一定的简化,用二次曲线逼近中厚板轧制时沿厚度方向上的温度场,并在该曲线的基础上得出二次曲线模型和其计算方法．利用该二次曲线模型对Q235轧制过程中的温度场进行解析．结果表明,二次曲线模型预报精度的相对误差可以控制在3％以内,完全能够满足中厚板在线实际生产的需求．二次曲线模型同时也为其他热轧的温度场解析控制提供了范例．     

湿地降温增湿效应的数值模拟研究

采用数值模拟方法研究湿地对周边区域空气的降温增湿效应，建立了空气、水气的流动与扩散混合模型，描述给定空间的传热传质过程．控制方程包括连续方程、动量方程、能量方程和水气守恒方程．对每一相各自的流动，采用κ-ε双方程模型；对于两相的湍流流动，采用混合湍流模型．用FLUENT软件进行数值计算，得出给定区域的空气温度、相对湿度的空间分布．对实测案例进行了数值模拟，计算值与测定值符合良好，表明所建立的模型和计算方法可以很好地描述湿地对周边区域空气温度和湿度的影响．由等温线可以看到，低温空气的扩散在近湿地处，影响最大的区域距地面一定高度．冷空气从湿地边沿向远处及上下扩散，在温度最低区略有上升，到一定远处又下降至地面．对于相对湿度，在靠近湿地区域水气对地面附近的影响比气温影响明显，而远处水气对地面附近的影响不及气温影响大．     

城市交通容量中的竞争模型

本文利用微分方程稳定性理论，研究了城市交通容量中两种交通方式的竞争关系，它们适 合于根舍模型；证明了其解为非负的且趋向于某个稳定点；又对某城市的一组统计数据进行了 模拟，并指出了调整参数的实际意义。