针对在多年冻土地区建设青藏铁路时混凝土桥灌注桩水化放热引起周围冻土温度场变化这一实际工程问题，采用伽辽金法推 导 出带相变的瞬态温度场 问题 的有限元公式 ，在考 虑混凝土作为放热边界的条件下综合考虑 了气温变化 、风速等 多种 因素 ，建立了多年冻 土 区混凝土桥灌注桩水化放热 的传热模型 ，计算 了由于混凝土水化放热引起 的冻土温度场变化。结果表明 ：混凝土水 化热在浇筑后半年内 对 多年冻土的温度场影 响很大 ，回冻时间(融化的冻 土温度重新 回到天然状 态的时间)长达 2年以上。而用粉煤灰和硅灰取代一定质量 的 水泥可 以减少混凝土水化热对冻土热状况的影响。 关键词 ： 冻土 ；水化热 ；温度场 ；有限元 中图分类号 ： TU528．0l 文献标 志码： A 文章 编号： 1002—3550(2010)07—0008—03 Applicationoffiniteelementcalculationintemperaturefieldofconcretecompresolpileinthezoneofpermafrost L／Wen-li1，ZHANGHe，ZHAOWei-xllan2,BAHeng-jing (1．CityConstructionDepartment，BeijingCityUniversity，Beijing100083，China； 2．SchoolofCivilEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150090，China) Abstract： Accordingtotheproblemsintheprojectthathydrationheatofconcretecompresolpilescausechangesoftemperaturefieldaround them whenQingzangrailwayisbuiltinthezoneofpermafrost，finiteelementformulationoftheissueoftransienttemperaturefieldwithphase chan ~eisobtainedbyGalerkin’smethod．Takinghydrationheatofconcrete，airtemperaturechangeandwindspeedasboundaries，themodelof heat：transmission ofliberation ofheatofconcrete compresolpile in thezone ofperm afrostis created。an d changes oftem perature field of pe肿 afrostcausedbyhydrationheatofconcretearecalculated．Resultsshow thattheefectofhydrationheatofconcreteontemperaturefieldof permafrostiSnotableinthefirsthalfyear afterconcretehasbeencasted．andthatthecontracttime (temperatureofthaw perm afrostresumesthe crudestate)isovertwoyears．Whensomequantitiesofflyashandsilicafumereplacesomecement，theefectofhydrationheatofconcreteon therm oconditionsofperm afrostisreduced． Keywords： permafrost；hydrationheat；temperaturefield；finiteelement 0 引 言 我国北方各省和西部的青藏高原属于寒冷地区或冻土区。 冻土是温度低于 0℃且含有冰的土岩 。而多年冻土在两年或两 年 以上都处于冻结状态 ，只有表层几米 的土层处于夏融冬 冻的 状态【l】。在多年冻土地区的主要工程地质问题有融沉 、冻胀等不 良地质现象 。西部开发以来 ，青藏铁路格 尔木一拉萨段将穿越多 年冻土地段约 553km，线路通过许多山脉和盆地，复杂的地形 要求线路只能“以桥代路”。而混凝土桥灌注桩的使用却给环境 带来 了反作用 ，由于高强度、高耐久性等大体积混凝土在实际 工程 中的应用 ，混凝 土在水化 过程 中放 出大量的热 ，从而使周 围冻土层不同程度的融化，造成建筑物的不均匀沉降。不仅如 此，混凝土还是一种导热陛很差的建筑材料。大体积混凝土由于 中心温度高、散热慢、温度梯度大 ，在施工后相当长的时间内混 凝土水化热对冻土都有影响。本文针对这一实际工程问题 ，建 立传热模型 ，研究了混凝土水化放热的规律 ，采用伽辽金法推 导有限元公式来计算带相变的瞬态温度场 ，研究冻土温度场的 收稿 日期 ：2010-03—16 基金项 目：国家 自然科 学基金 资助项 目(50078019) · 8 · 变化规律 ，从而指导实际工程设计。通过改变混凝土配合比的 方法 ，找到适合多年冻土区施工要求的低热、早强混凝土以减 小水化热对冻土温度场的影响。 1 传 热模 型的建 立 1．1 控 制微 分 方程 多年冻土的融化过程是伴随着相变的导热过程 ，这类 问题 的特点是控制方程是非稳态导热方程 ，区域 内存在着一个 随时 间移 动的两相界面 ，在该 界面上放 出或 吸收潜热 ，因此称之 为 “移动边界问题”目。相界面把区域分为两部分，在固相区域 D 的 瞬态温度场热量平衡微分方程为

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