多年冻土区高温冻土导热系数试验研究

摘要

随着我国西部工程建设的不断推进，寒区地段的冻土工程也在有条不紊的向前发展。随着气候的变暖，青藏高原年平均气温的升高使得多年冻土地区公路、铁路、管道等生命线工程设施面临着许多新的问题与挑战，特别是在高温冻土地区，由于其物理力学性质极易受到外部环境的影响，具有较强的离散性和不稳定性，所以在冻土工程建设过程中既要保证其热稳定性，又要保证其长期稳定性。而高温冻土导热系数的合理取值是解决高温冻土区热工稳定性评价的前提和基础，因此，研究高温冻土导热系数的性质对优化工程设计，保证工程安全具有重要作用。
　　本文以青藏工程走廊原状高温冻土为研究对象，根据高温冻土物理性质对温度极为敏感的特点，分析了常规瞬态法导热系数测试技术在高温冻土导热系数测试中的不足。根据一维稳态法传热理论，自主研制了高温冻土导热系数的试验系统，制定了试验规程及要求并进行了原状和重塑高温冻土导热系数的大量试验。
　　研究了青藏高原开心岭区域高温冻结粉质黏土导热系数与温度、含水量、干密度的相关关系。结果表明，随着温度升高，高温冻土导热系数接近线性降低；随着干密度和含水量的增加，导热系数逐渐增大，而温度越高，随着含水量的增加，导热系数增加的速率越小。
　　以原状高温冻土的干密度、含水量为标准，采用青藏高原粉质黏土和粉土重塑，测试其高温冻土的导热系数，根据多因素拟合方式建立了原状与重塑高温冻土导热系数之间的的经验公式。
　　本项研究成果将为青藏工程走廊地区后续工程设计和建设提供重要的基础数据，同时对高温冻土热力性质研究具有重要参考价值。

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变量注释表

1 绪论

1.1 问题的提出（Questions）

1.2 研究目的和意义（Objectives and Significance）

1.3 国内外研究现状（Research Status at Home and Abroad）

1.4 研究内容及技术路线（Research Content and Technology Roadmap）

2 高温冻土导热系数试验系统研制

2.1 常规瞬态法高温冻土导热系数试验（Traditional Testing Method of Thermal Conductivity of Warm Frozen Soil）

2.2 高温冻土导热系数试验系统研制（ The Test System of Thermal Conductivity of Warm Frozen Soil）

2.3 本章小结（Chapter Summary）

3 高温冻土导热系数试验结果分析

3.1 区域性原状高温冻土导热系数与温度关系（ The Relationship between Thermal Conductivity of Warm Frozen Region Soil and Temperature）

3.2 导热系数、干密度、含水量相关关系(The Relationship between Thermal Conductivity and Dry Density, Moisture Content)

3.3 本章小结（Chapter Summary）

4 原状和重塑高温冻土导热系数相关性分析

4.1 重塑冻土试样制备（The Remoulded Warm Frozen Soil Preparation）

4.2 原状和重塑高温冻土导热系数相关性分析（The Correlation between Thermal Conductivity of Undisturbed Warm Frozen Soil and Remoulded Warm Frozen Soil）

4.3 本章小结（Chapter Summary）

5 结论与展望

5.1 主要结论（Main Conclusions）

5.2 展望（Suggestions）

参考文献

作者简历

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