自然浸水-冻融条件下寒区隧道有机保温材料劣化规律研究

为研究聚酚醛、聚氨酯、聚苯乙烯3种寒区隧道有机保温材料的劣化特性,通过室内试验分析自然浸水-冻融条件下材料物理力学性能和微观结构的变化,并基于参数变化对比劣化速率。研究结果表明:1)各保温材料吸水时均经历快速—平缓—稳定3个阶段。聚酚醛吸水时间最长,为192 h;50次冻融循环后,聚苯乙烯质量吸水率最高,为67.50%。2)各材料导热系数与冻融循环次数、质量吸水/含冰率的关系采用二元线性模型预测,冻结状态的聚苯乙烯及融化状态的聚氨酯受冻融循环影响最大。3)未冻融时,聚苯乙烯导热系数最低,为0.0291 W/(m·K);但在50次冻融循环之后,融化状态的聚苯乙烯和冻结状态的聚酚醛导热系数最低,分别为0.0344、0.0473 W/(m·K)。4)聚氨酯压缩强度远大于其他材料,最高为0.476 MPa。材料隔热性能的劣化主要受微观气泡形态、孔径大小、气孔开裂等因素的影响。

降雨对封闭块石层对流特征与水热状态的影响试验

块石路基作为解决青藏高原多年冻土冻胀融沉病害的关键技术而得到广泛应用。近年来青藏高原呈现湿化显著的趋势,夏季降雨携带的部分热量会快速入渗到块石层,从而影响块石路基的传热特性和水热状态,有必要开展降雨条件下块石路基热力学特性研究。基于室内试验,开展了不同降雨量、不同厚度下封闭块石层水热响应规律研究。结果表明:(1)在降雨条件下封闭块石层自然对流的发生与降雨量大小和块石层厚度有关。随降雨量增加,1.4 m厚度的块石层自然对流瑞利数最大值逐渐降低。当降雨量达到23 mm时,块石层不发生自然对流;而0.6 m厚度的块石层自然对流瑞利数最大值则随降雨量增加而逐渐增大,自然对流增强。(2)在降雨入渗作用下,1.4 m厚度的块石层内部与基底土层有升温效应,而0.6 m厚度的块石层基底土层有降温效应。与未来50年青藏高原预测升温速率每年0.052℃相比,降雨入渗对前者下伏土层的升温效应更为显著。(3)暖季的降雨入渗在短时间内会显著影响基底浅层土的体积含水量。随着降雨量的增加,体积含水量峰值有一定抬升,但每循环周期的峰值大小差异不大。主要是因为在经过冷季低温冻结后,块石体与土层之间的部分空隙被凝结冰填充,降雨难以入渗从而会产生基底水分累积。因此,在多雨地区应加强块石层与土层界面间的防排水措施。研究结果对于评价和预测降雨环境下封闭块石路基的热稳定性具有重要工程意义,并可为新建多年冻土区路基工程结构设计与病害防治提供参考。