[发明专利]基于能量平衡原理的多年冻土地区热棒路基参数设计方法

摘要

本发明公开了一种基于能量平衡原理的多年冻土地区热棒路基参数设计方法，包括步骤：一、热棒散热量判断阈值设定；二、土体融化潜热计算：对所施工多年冻土地区路基的土体融化潜热进行计算；三、热棒散热参数范围确定：根据所设定的热棒散热量判断阈值并结合土体融化潜热，对热棒散热参数范围进行确定；四、热棒结构参数及布设间距确定：根据所确定的热棒散热参数范围，对热棒进行选择，并结合所选择热棒的结构参数，对所施工多年冻土地区路基内的热棒布设间距进行确定。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，根据预先确定的土体融化潜热，且基于能量平衡原理对多年冻土地区热棒路基所用热棒结构参数及布设间距进行确定。

主权项

1.一种基于能量平衡原理的多年冻土地区热棒路基参数设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、热棒散热量判断阈值设定：对所施工多年冻土地区路基的热棒散热量判断阈值c进行设定；其中，c＝0.05～0.5，所述的热棒散热量判断阈值c为热棒散热量设计用的上限阈值；步骤二、土体融化潜热计算：根据所施工多年冻土地区路基的结构参数和所处区域的气候条件，对所施工多年冻土地区路基的土体融化潜热QL'进行计算，QL'的单位为J；步骤三、热棒散热参数范围确定：根据步骤一中所设定的热棒散热量判断阈值c，并结合步骤二中计算得出的土体融化潜热QL'，对所施工多年冻土地区路基所需的热棒散热参数范围进行确定；其中，热棒散热参数范围为热棒散热量范围QFW或热棒散热功率范围PFW；QFW＝Qm～QM；Qm＝QL，QM＝(1+c)×QL；Qm和QM的单位均为J；P_FW＝P_m～P_M；P_M＝(1+c)×P_L；P_m和P_M的单位均为W；t为所施工多年冻土地区路基一年内热棒的有效工作时间且其单位为s；其中，Q_L为单根热棒散热量设计值且其中n＝1或2；当所施工多年冻土地区路基仅在路基一侧布设热棒时，n＝1；当所施工多年冻土地区路基在路基两侧均布设热棒时，n＝2；步骤四、热棒结构参数及布设间距确定，过程如下：根据步骤三中所确定的热棒散热参数范围，对所施工多年冻土地区路基内所布设的热棒进行选择，并结合所选择热棒的结构参数，对所施工多年冻土地区路基内的热棒布设间距rf进行确定；热棒布设间距rf确定后，对所施工多年冻土地区路基内所选择热棒的散热功率P或散热量Q进行确定，并使Pm＜P＜PM或Qm＜Q＜QM；其中Q＝P×t；对所施工多年冻土地区路基内所选择热棒的散热功率P或散热量Q进行确定时，先对所施工多年冻土地区路基内所布设热棒的热阻Ra和所施工多年冻土地区路基内土体的热阻RS分别进行确定，Ra和RS的单位均为℃/W；再根据所确定的Ra和RS，并根据公式对所选择热棒的散热功率P或散热量Q进行确定，P的单位为W，Q的单位为J；公式(1)中，TS为所施工多年冻土地区路基所处区域的年平均地温且其单位为℃，Ta为所施工多年冻土地区路基所处区域的年平均气温且其单位为℃。