退化多年冻土区桩基室内模型试验：温度场变化分析

冻土区温度场的变化，对于冻土的力学性质影响较大，而冻土的力学性质与冻土区桩基的承载力及稳定性密切相关，因此，温度场对冻土区桩基基本性能的影响研究具有重要意义。目前关于冻土区温度场的研究手段除原位监测数据外主要以数值分析为主，下面将从数值计算的角度对桩体体系的温度场进行分析。

在冻土区的桩基工程中，桩体多采用混凝土桩，对于混凝土桩的热传导方程为：

式中：Cc——混凝土体积热容量；

Tc——深度为z的混凝土温度；

t——时间；

λc——混凝土的导热系数。

而对于没有桩存在的冻土中，土体的导热方程为：

式中：C——冻土的体积热容量；

λ——冻土的导热系数。

土骨架导热系数λ采用几何平均公式进行计算：

式中：θi——体积冰含量；(www.xing528.com)

θw——体积水含量；

θs——体积土颗粒含量；

λi——冰的导热系数；

λw——水的导热系数；

λs——土颗粒导热系数。

土骨架热容量计算公式为：

式中：Cs——土颗粒体积热容量；

Ci——冰的体积热容量；

Cw——水的体积热容量。

由于土体与混凝土的传热系数不同，使得大气温度变化时，桩体温度分布与桩体周围的土体温度分布存在差异。上面分别讨论了温度变化时，桩体内部以及土体内部热传导计算方法，基于此可对有桩体存在时冻土的温度场，即桩土体系的温度场进行计算。具体方法如下：在模拟过程中，可以将桩基的温度分布作为冻土中温度场模拟的一个侧向边界，以此来考虑冻土中桩基的存在对于冻土中温度场的影响，然后将大气温度变化作为模拟的上边界对桩周土体的温度变化进行计算。