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考虑雨水感热作用的降雨对多年冻土路基水热影响模型试验
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作者 张明礼 雷兵兵 +2 位作者 周志雄 周凤玺 侯彦东 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期112-124,共13页
为探究雨水感热作用下的降雨对多年冻土路基稳定性的影响,参照青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构,通过底板-大气双控温室内模型箱开展了多年冻土区沥青路面路基模型试验,考虑了环境潜在雨水温度导致的雨水感热能量脉冲作... 为探究雨水感热作用下的降雨对多年冻土路基稳定性的影响,参照青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构,通过底板-大气双控温室内模型箱开展了多年冻土区沥青路面路基模型试验,考虑了环境潜在雨水温度导致的雨水感热能量脉冲作用,分析了多周期不同降雨工况下的路面温度与辐射、路基含水量、热通量和温度响应。结果表明:多年冻土环境中雨水温度与气温在夏季差异显著,最大温差近3℃,在春秋季差异小于1℃;受雨水感热的影响,夏季降雨引起路面温度、地表向上辐射通量和浅层土壤热通量显著降低,导致的路基降温效果从强到弱为路面、路肩、边坡、天然场地,降幅与降雨量正相关;秋季降雨对路基土体降温效果较弱,春季降雨促进路面与路肩下土体热通量和温度的降低,而易引起边坡和天然场地土体的升温;同样,多年冻土路基活动层水分变化表现出相似的季节特征,但含水量增量从大到小为路肩、边坡、天然场地、沥青路面,降雨对路面下土体含水量的影响深度(大于0.25 m)小于路肩(小于0.35 m)。因此,在降雨入渗深度范围内,多年冻土路基不同深度土体周期性平均降温从大到小为路肩、边坡、天然场地,沥青路面下土体仅在浅层0.05~0.15 m降温显著;忽略雨水感热作用时低估了降雨对路面长波辐射和路面温度的降低作用,高估了水分累积量,路面下降温效果减弱,从而导致路肩、边坡和天然场地出现升温。 展开更多
关键词 路基工程 水热响应 模型试验 降雨过程 多年冻土 雨水感热
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考虑雨水感热的降雨对多年冻土水热变化影响模型研究 被引量：2
2
作者 张明礼 雷兵兵 +2 位作者 周志雄 周凤玺 侯彦东 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1530-1544,共15页
青藏高原暖湿化诱发的多年冻土和寒区工程水热变化是第三极冻土生态与地质演化问题的关注焦点。目前降雨影响下的多年冻土地表能量收支建模未考虑雨水温度的影响,忽略了降雨能量脉冲作用。在已有的冻土水热耦合理论的基础上,通过引入考... 青藏高原暖湿化诱发的多年冻土和寒区工程水热变化是第三极冻土生态与地质演化问题的关注焦点。目前降雨影响下的多年冻土地表能量收支建模未考虑雨水温度的影响,忽略了降雨能量脉冲作用。在已有的冻土水热耦合理论的基础上,通过引入考虑雨水感热的地表能量平衡理论,完善了考虑降雨能量的冻土水热耦合模型,基于青藏高原北麓河现场监测验证了模型的有效性,并分析了夏季降雨对地表能量平衡和活动层水热的影响机制。结果表明:考虑雨水感热的修正模型模拟土壤体积含水率、温度和热通量的平均偏差误差分别在±1.198%、±0.704℃和±1.66 W/m^(2)之内,一致性指数分别大于0.877、0.929和0.937;优化后的模型提升了对地表吸放热状态的评估,能够较好地预测了雨后活动层水热的变化;夏季降雨增加地表蒸发潜热和雨水感热,降低地表净辐射、感热和土壤地表热通量使地面降温,降温效果与降雨强度正相关;同时受降雨时段影响,白天降雨事件的降温效果显著,雨水感热促进地表冷却,而夜间雨水短暂加热地表,蒸发潜热的显著作用使地表依旧持续降温。在地表温度梯度降低和雨水入渗的作用下,温度梯度水汽通量减少,液态水通量增加,在强降雨和连续降雨下出现液态水的向下输送和累积。但相比增加的液态水对流传热,活动层热传导、水汽扩散潜热和水汽对流传热的降低更显著,使土壤总热通量减少而导致土壤降温,延缓活动层温度的升高。 展开更多
关键词 多年冻土 雨水感热 耦合模型 地表能量平衡 水热变化 夏季降雨
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