第2期 刘 戈，等. 透壁式通风管–块石复合路基降温效果模型试验及数值模拟 285

了一系列以主动降温、冷却地基和保护冻土为原则的通风管路基和块石路基都是多年冻工程措施研究[3-6]，

土区公路工程中比较常用的调控措施[7]，通风管路基可直接将外界冷空气导入路基体内，相比普通路基可进一步降低下伏多年冻土的温度，但由于它是利用空气在管内对流与管壁发生热传导，从而影响到管壁及周围土体的温度场，导致其实际传热效率不是太高[8-10]；块石路基虽然能够缓慢降低下伏多年冻土的温度，但是块石层内的对流范围和强度都十分有限[11-12]。目前相关的研究主要是针对通风管路基及块石路基单独使用开展的，并且通风管主要采用普通的混凝土预制管，通风效果较差。本文综合考虑管道通风路基强对流和块石路基影响范围广的优点，提出将透壁式通风管（以下简称通风管）与块石相结合的一种复合通风路基，空气可以透过管壁的孔眼穿透到管周围块石中去，与块石中的气体进行对流热交换，充分利用了多孔介质与空气的热对流与热传导，达到了主动冷却路基的目的[13-14]。由于目前有关通风管–块石复合路基的联合作用机理研究较少，工程上也鲜有这方面的应用，本文主要从室内模型试验及数值模拟等方面对该复合措施开展研究，为后期工程应用提供参考。

平均温度-3.5℃，一个周期15 d（冻结期：8.9 d，

213.6 h；融化期：6.1 d，146.4 h），这是根据野外冻结期长，融化期短的实际情况确定的。试验过程从负温开始，然后向正温进行，每隔12 h调一次温度，调温曲线如图2所示，路基模型周边及底部为隔热边界，试验平均风速2.5 m/s。

图1 模型试验箱

Fig. 1 Model chamber

1 试验方法

1.1 试验设备

试验设备由模型试验箱（见图1）、控温系统、通风系统和观测系统4部分组成。模型试验箱为8 m×1.84 m×2.7 m的保温箱，箱体采用10 cm厚的冷库保温板，路基模型位于其中。为提高箱体抗侧向和垂向挤压的能力，在箱体外围用槽钢进行了加固处理。控温系统由7.5 kW的SANYO双头压缩机组、电脑温控器（分辨率0.1℃，精度±0.3℃）、氟利昂液体循环的管道、蒸发器及温度传感器组成。控温过程经人工设定后，由电脑温控器自动控制，系统控温范围为-60℃～50℃。通风系统由冷却风扇、加速风机、风速调节装置、回流风道等组成，风速为2.5 m/s，风向平行于箱体的长度方向，与透壁式通风管的走向一致。观测系统由热敏电阻温度传感器（精度±0.05℃）、风速探头、CR3000数采仪及计算机组成，数据采集频率为1次/30 min。 1.2 试验条件

根据青藏高原北麓河一带的气候特点，同时考虑附面层温度增量[12]，模型试验的上边界条件采用周期性波动的温度，其变化函数为

2π

T 3.5 12sin 。 (1)

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图3 试验路基模型及监测点 Fig. 3 Test model and monitoring points

图2 试验温度变化曲线图

Fig. 2 Change curve of test temperature

1.3 试验模型

路基模型底部宽500 cm，顶部宽260 cm，路基长度为92 cm，高度为180 cm。通风管共2根，长360 cm，内径10.0 cm，外径11.8 cm，位于路基块石层中部，块石层厚80 cm，为便于后期对比分析，对复合路基模型及块石路基模型温度、风速均进行监测，整个模型及测点布置如图3所示。

1.4 试验材料

（1）路基填土

路基填土采用防冻胀的砂砾，其颗粒级配良好，