开放边界条件下青藏铁路抛石路基的降温效果分析

铁路道碴铺层和抛石层可以看作多孔介质, 其内部流体的对流换热为多孔介质的传热传质问题. 目前抛石路基作为一种特殊的新型路基结构已在青藏铁路得到广泛应用, 但其抛石层多为上下封闭、左右开放, 内部空气与外界连通, 对流与传热模式变的更为复杂. 因此, 基于多孔介质中流体热对流的连续性方程, 非达西流动量方程及能量方程, 针对青藏铁路的气温条件和地质条件, 对开放边界、不同路堤高度(抛石层厚度为1.5 m)的抛石路基内速度场及其在未来50年的温度场特征进行了研究与分析. 结果表明: 在外界风的作用下, 这种开放路基道碴和抛石层内的对流换热方式以强迫对流为主; 并且在年平均气温为-4.0℃, 考虑未来50年气温上升2.6℃的情况下, 其降温效果较好, 路堤下有低温冻土核生成; 并且较高路基降温效果好于较低路基, 这主要是由于较高路堤底部较宽, 对下部冻土产生的影响范围较大; 但由于主导风向的影响, 较高路基的下部温度场出现左右不对称现象, 这很可能会造成路基整体的横向不均匀变形, 而较低路基无此现象发生, 这应引起设计与施工部门的足够重视.