介紹了冰凍深度及供水管道冰凍荷載的一種計(jì)算方法,對(duì)冰凍深度與土壤熱力學(xué)特征和地表溫度情況進(jìn)行了敏感性分析,并基于冰凍深度的計(jì)算,以一維供水管道冰凍荷載簡(jiǎn)化模型為基礎(chǔ),分析了供水管道冰凍荷載的發(fā)展規(guī)律,得出了冰凍荷載的時(shí)空分布規(guī)律及與地表溫度和土壤類(lèi)型的關(guān)系。結(jié)果表明:供水管道冰凍荷載的大小與時(shí)間和空間都有關(guān),冰凍荷載沿著深度先增大后減小,剖面上的最大冰凍荷載與時(shí)間呈現(xiàn)二次拋物線的關(guān)系,最大冰凍荷載對(duì)應(yīng)的深度與時(shí)間則呈現(xiàn)三次多項(xiàng)式的關(guān)系;冰凍荷載的大小與地表溫度有關(guān),最大冰凍荷載及其對(duì)應(yīng)的深度與地表年平均溫度成線性負(fù)相關(guān)關(guān)系;粘性土的冰凍荷載整體大于砂土,但砂土的最大冰凍荷載對(duì)應(yīng)的深度略深于粘性土。 

【文章來(lái)源】：給水排水. 2020,56(11)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

改進(jìn)Berggren公式的熱力學(xué)條件

供水管道往往是通過(guò)開(kāi)挖并回填的方式進(jìn)行安裝，由于管道開(kāi)挖回填時(shí)管道上部土體和周邊土體的剛度產(chǎn)生了變化，因此在低溫條件下管道受到的荷載會(huì)增大，即產(chǎn)生管道冰凍荷載。在本文中，將埋地管道溝渠中回填的土稱(chēng)為回填土，溝渠周?chē)脑瓲钔练Q(chēng)為側(cè)邊土，冰凍荷載以Rajani[4]的一維供水管道冰凍荷載簡(jiǎn)化模型為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。如圖2所示，在簡(jiǎn)單一維柱體模型中，冰凍界面上部為發(fā)生冰凍的土壤，將其當(dāng)作一個(gè)剛體凍結(jié)質(zhì)量塊，其位移受到側(cè)邊溝渠回填界面的摩擦以及冰凍界面以下半空間的響應(yīng)的約束。在任意時(shí)間t，冰凍界面的深度位于X (t），該深度即為冰凍深度，可以根據(jù)改進(jìn)Berggren公式進(jìn)行計(jì)算。在式（5）中增加時(shí)間步的概念，用i代表時(shí)間步，則冰凍深度見(jiàn)式（6):

根據(jù)上表假設(shè)的地表溫度典型參數(shù)，可以得知此時(shí)冰凍深度的發(fā)展情況見(jiàn)圖4，冰凍深度從第122d開(kāi)始發(fā)展，到第243d達(dá)到最大值，冰凍持續(xù)時(shí)間為122d，最大冰凍深度為1.964 8m。圖4 冰凍深度的發(fā)展


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