介紹了冰凍深度及供水管道冰凍荷載的一種計算方法,對冰凍深度與土壤熱力學特征和地表溫度情況進行了敏感性分析,并基于冰凍深度的計算,以一維供水管道冰凍荷載簡化模型為基礎,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空分布規(guī)律及與地表溫度和土壤類型的關系。結果表明:供水管道冰凍荷載的大小與時間和空間都有關,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間呈現(xiàn)二次拋物線的關系,最大冰凍荷載對應的深度與時間則呈現(xiàn)三次多項式的關系;冰凍荷載的大小與地表溫度有關,最大冰凍荷載及其對應的深度與地表年平均溫度成線性負相關關系;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應的深度略深于粘性土。 

【文章來源】：給水排水. 2020,56(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

改進Berggren公式的熱力學條件

供水管道往往是通過開挖并回填的方式進行安裝，由于管道開挖回填時管道上部土體和周邊土體的剛度產生了變化，因此在低溫條件下管道受到的荷載會增大，即產生管道冰凍荷載。在本文中，將埋地管道溝渠中回填的土稱為回填土，溝渠周圍的原狀土稱為側邊土，冰凍荷載以Rajani[4]的一維供水管道冰凍荷載簡化模型為基礎進行分析。如圖2所示，在簡單一維柱體模型中，冰凍界面上部為發(fā)生冰凍的土壤，將其當作一個剛體凍結質量塊，其位移受到側邊溝渠回填界面的摩擦以及冰凍界面以下半空間的響應的約束。在任意時間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Berggren公式進行計算。在式（5）中增加時間步的概念，用i代表時間步，則冰凍深度見式（6):

根據(jù)上表假設的地表溫度典型參數(shù)，可以得知此時冰凍深度的發(fā)展情況見圖4，冰凍深度從第122d開始發(fā)展，到第243d達到最大值，冰凍持續(xù)時間為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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