青藏铁路碎石路基最佳粒径的数值试验研究

冻土地区铁路碎石路基内的换热问题可以看成是多孔介质中的对流传导问题。本文假设碎石与路基内部的空气处于热平衡状态,且Boussinesque假定成立。依据多孔介质的质量守恒方程、能量方程及动量方程,并用有限元法离散,建立了碎石路基的数值模型。利用该模型对目前碎石路基设计所关心的几种主要粒径的降温效果进行了数值模拟。结果表明:9cm粒径的碎石路基降温效果最好,空气对流在整个碎石层内发生,碎石层上部温度场呈现非线性特征,路基底部的降温幅度可达1.18℃,空气流速为0.73m/h;而6cm粒径的降温效果次之,路基底部降温0.78℃,空气流速为0.21m/h;3cm与15cm粒径的降温效果较差,对流基本上在路基上部发生,路基底部的对流很弱,降温幅度分别为0.21℃和0.28℃,空气流速接近于0。初步的研究表明,9cm粒径的碎石在碎石路基设计中可优先采用。