286 岩 土 工 程 学 报 2015年

不均匀系数Cu 5，粒径大于2 mm的颗粒含量在35%与42%之间，压实后的含水率为8.6%，密度为 2.02 g/cm3，干密度为1.86 g/cm3。路基填土的热力学参数：Cu=2.23×106 J m 3 K 1，Cf=1.86×106 J m 3 K 1， u=1.48 W m 1 K 1， f=1.71 W m 1 K 1，L=2.2×106 J m 3。其中，C， 分别表示体积热容和导热系数，下标u，f分别表示非冻结状态和冻结状态，L表示相变潜热。

（2）块石

路基所用块石为花岗岩，粒径10～25 cm，主要集中在20 cm附近，孔隙率约40%。

（3）透壁通风管

通风管采用PVC管，内径为10 cm，长380 cm，位于路基块石层中部，管间距为2倍管径。

后降低至0℃，之后两个周期分别降低至-1.3℃和-1.5℃。在通风管–块石复合路基模型底部，温度降低更为明显，第三周期最低温度已降至-3.3℃，该温度是同期单一块石路基模型的2.2倍，表明通风管–块石复合路基能更加有效地冷却多年冻土层，增加路基的热稳定性。

图5 模型底部温度变化曲线

Fig. 5 Temperature curves at bottom of model

2 模型试验结果分析

2.1 块石层内的空气流速

2.3 模型整体温度场

气冷路基对多年冻土的冷却效果主要来源于块石层及通风管内的空气对流换热，因此将单一块石路基模型和通风管–块石复合路基模型的块石孔隙间风速变化曲线进行了对比分析，如图4所示。图中表明在单一块石路基模型中，块石层内部空气流速约0.25 m/s，通风管–块石复合路基模型中，管道内部风速约 2.3 m/s，在管道的疏导及强化作用下，块石层内风速为0.3 m/s，比单纯块石层内空气流速提高约20%，表明在通风管的疏导作用下，块石层孔隙中的空气流动得到了明显加强，通风管–块石复合路基能够起到强化路基体对流的效果。实际应用路段一般地处高原地区，低温期长且风速较大，这种强化对流作用效果将会更加显著。

图6为通风管–块石复合路基在3个冻融周期中温度场的变化图，从图中可以看出随着冻融周期的增加，路基冻结深度逐渐增加，融化期的冻结核范围逐渐扩展且温度趋于降低。图6（a）中最低温度时路基冻深发展至底板上30～40 cm处，图6（b）中最低温度时路基冻深已发展至底板上10～30 cm处，图6（c）中最低温度时路基冻深发展至底板上10～25 cm处，且底板处左侧部分区域已经完全冻结。表明透壁式通风管与块石复合路基能够起到储存冷量、降低下伏土体地温的作用。此外，从3个冻融循环总体上分析，由于透壁式通风管对块石层孔隙中空气流动的促进，块石层中左右侧的温度差异导致了路基温度场的不对称，这主要是试验风向为自右向左，但这种温度状况反过来也说明了通风管对块石层具有良好的强化对流效果。

图4 块石孔隙间风速 Fig. 4 Wind velocities in crashed rock

2.2 模型底部温度

模型底部的温度对保护冻土路基的稳定十分关键，图5为单一块石路基与通风管–块石路基模型底部温度变化对比状况。图中表明在块石层冷却效果的作用下，单一块石路基模型底部温度在第一个试验周期