水化熱對凍土地區樁基熱影響分析

第31卷第1期西安科技大學(xué)學(xué)報Vol 31 No. 1201l年01月 JOURNAL OFⅪI'ANUNⅤ ERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYJun.2011文章編號:1672-9315(2011)01-0028-05水化熱對凍土地區樁基熱影響分析唐麗云,楊更社,讓艷艷,王專(zhuān)兵西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院陜西西安710054)摘要:針對凍土區灌注樁基礎施工會(huì )給凍土引進(jìn)一定的熱量,破壞凍土的穩定凍結狀態(tài)問(wèn)題,研究水化熱對樁基沿徑向溫度變化規律及影響樁周凍土溫度場(chǎng)的時(shí)間?；跇逗蛢鐾恋娜S非穩態(tài)溫度場(chǎng)控制方程,并考慮邊界條件和凍融相變過(guò)程,建立了樁基非穩態(tài)溫度場(chǎng)控制方程。對樁周溫度場(chǎng)的熱影響分析表明,澆筑混凝土后水化熱在第5d達到最大,水化熱對樁長(cháng)范圍內樁側土體徑向溫度變化的影響程度大于樁底面以下土體徑向受水化熱影響程度,水化熱對樁周?chē)馏w有較大的影響而且時(shí)間長(cháng)。得出的一些結論可為凍土區樁基設計施工提供參考關(guān)鍵詞:水化熱;凍土地區;灌注樁;非穩態(tài)溫度場(chǎng);熱擾動(dòng);有限元分析中圖分類(lèi)號:TU47文獻標志碼:A0引言?xún)鐾羺^灌注樁基礎施工會(huì )給凍土引進(jìn)一定的熱量,地溫場(chǎng)將相應地發(fā)生變化,破壞凍土的穩定凍結狀態(tài),尤其是混凝土灌注樁中的水化熱會(huì )給穩定的凍土帶來(lái)很大的熱擾動(dòng)。水化熱對凍土樁基溫度場(chǎng)的影響已有一定的研究,但多集中在不同入模溫度下樁基的回凍時(shí)間2)、承載力變化及樁與凍土的相互作用方面,而水化熱對樁基沿徑向溫度影響規律及影響半徑問(wèn)題未見(jiàn)討論。因此本文中針對上述問(wèn)題運用考慮相變的三維非穩態(tài)有限元分析灌注樁施工中,水化熱對樁基溫度場(chǎng)的熱擾動(dòng)問(wèn)題,為設計和施工提供參考1樁基非穩態(tài)溫度場(chǎng)有限元模型1.1樁體溫度場(chǎng)控制方程及初始條件控制方程為(2)(2的)+(m)+cm式中T,k為混凝土的溫度和導熱系數;9為單位時(shí)間內單位體積中混凝土水化熱,,=C=Cck8其中為不同初始溫度和不同齡期混凝土絕熱溫升,℃,6,為混凝土最大絕熱溫升,℃,k為在初始溫度T時(shí)的混凝土水化熱化學(xué)反應速率,d1,k=Ae,對于混凝土A=0.1362d-1,B=0.0553℃,t為絕熱溫升中實(shí)際養護時(shí)間,d,為絕熱溫升開(kāi)始時(shí)間,dip,C為混凝土的密度及容積熱容量。初始條件為7(x,y,z,t)=T1(x,y,z)(實(shí)測得出)1.2凍土溫度場(chǎng)控制方程、初始條件凍土的伴有相變的三維非穩態(tài)溫度場(chǎng)控制方程為中國煤化工收稿日期:2010-09-17CNMHG基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(4087217,4080068);教育部博士點(diǎn)基金項目(200704001)通訊作者:唐麗云(1977-),女湖南祁陽(yáng)人副教授博士,主要從事凍土工程和結構工程的研究工作第1期唐麗云等:水化熱對凍土地區樁基熱影響分析aT-a/, aaq,+式中T,k,p,L分別為凍土溫度、導熱系數密度和相變潛熱f.為固相率固相率增加(或減小)與相變潛熱釋放(或吸收)量成正比例。當∫,=0時(shí)處于液相:∫=1處于固相0