块碎石层几何参数对其自然对流降温效应影响的数值研究

块碎石层作为一种高渗透率的多孔介质，经常应用于寒区道路的护坡工程中，用于保护其下部多年冻土，提高道路的稳定性．本文为提高和优化寒区道路工程中块碎石护坡的降温能力，基于多孔介质中流体热对流理论，根据野外块碎石护坡的实际几何尺寸及热边界条件等因素，采用稳态模型对厚度为1．0m，底顶温差为10℃，不同倾斜角度、不同长厚比等几何条件的块碎石层中对流模式及降温效果进行了数值研究．结果表明：在本计算条件下，无论在何种倾斜角度及长厚比条件下，由于块碎石层内部空气自然对流的存在均可提高其等效导热系数，使其具有热半导体特性，但内部的对流模式会随着倾斜角度的变化而发生改变，对流环数随着其倾斜角度的增大而减少，当对流环由多个转变为单个时，对应的Nu数最小，降温效果最差，此时对应的倾斜角度为块碎石层最差降温倾斜角度．并且，该最差降温倾斜角度随着其长厚比的增大而增大，最终大致趋近于32°，与野外一般块碎石护坡的倾斜角度33．7°十分接近．因此，当野外块碎石护坡路基高度较大，即块碎石护坡长厚比过大时，应采取必要措施来提高块碎石护坡的降温能力，本文在这方面也进行了必要的研究和讨论，以期为寒区块碎石护坡路基的设计与维护提供一些科学参考．