水化热对冻土地区桩基热影响分析

第31卷第1期西安科技大学学报Vol 31 No. 1201l年01月 JOURNAL OFⅪI'ANUNⅤ ERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYJun.2011文章编号:1672-9315(2011)01-0028-05水化热对冻土地区桩基热影响分析唐丽云,杨更社,让艳艳,王专兵西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054)摘要:针对冻土区灌注桩基础施工会给冻土引进一定的热量,破坏冻土的稳定冻结状态问题,研究水化热对桩基沿径向温度变化规律及影响桩周冻土温度场的时间。基于桩和冻土的三维非稳态温度场控制方程,并考虑边界条件和冻融相变过程,建立了桩基非稳态温度场控制方程。对桩周温度场的热影响分析表明,浇筑混凝土后水化热在第5d达到最大,水化热对桩长范围内桩側土体径向温度变化的影响程度大于桩底面以下土体径向受水化热影响程度,水化热对桩周围土体有较大的影响而且时间长。得出的一些结论可为冻土区桩基设计施工提供参考关键词:水化热;冻土地区;灌注桩;非稳态温度场;热扰动;有限元分析中图分类号:TU47文献标志码:A0引言冻土区灌注桩基础施工会给冻土引进一定的热量,地温场将相应地发生变化,破坏冻土的稳定冻结状态,尤其是混凝土灌注桩中的水化热会给稳定的冻土带来很大的热扰动。水化热对冻土桩基温度场的影响已有一定的研究,但多集中在不同入模温度下桩基的回冻时间2)、承载力变化及桩与冻土的相互作用方面,而水化热对桩基沿径向温度影响规律及影响半径问题未见讨论。因此本文中针对上述问题运用考虑相变的三维非稳态有限元分析灌注桩施工中,水化热对桩基温度场的热扰动问题,为设计和施工提供参考1桩基非稳态温度场有限元模型1.1桩体温度场控制方程及初始条件控制方程为(2)(2的)+(m)+cm式中T,k为混凝土的温度和导热系数;9为单位时间内单位体积中混凝土水化热,,=C=Cck8其中为不同初始温度和不同龄期混凝土绝热温升,℃,6,为混凝土最大绝热温升,℃,k为在初始温度T时的混凝土水化热化学反应速率,d1,k=Ae,对于混凝土A=0.1362d-1,B=0.0553℃,t为绝热温升中实际养护时间,d,为绝热温升开始时间,dip,C为混凝土的密度及容积热容量。初始条件为7(x,y,z,t)=T1(x,y,z)(实测得出)1.2冻土温度场控制方程、初始条件冻土的伴有相变的三维非稳态温度场控制方程为中国煤化工收稿日期:2010-09-17CNMHG基金项目:国家自然科学基金项目(4087217,4080068);教育部博士点基金项目(200704001)通讯作者:唐丽云(1977-),女湖南祁阳人副教授博士,主要从事冻土工程和结构工程的研究工作第1期唐丽云等:水化热对冻土地区桩基热影响分析aT-a/, aaq,+式中T,k,p,L分别为冻土温度、导热系数密度和相变潜热f.为固相率固相率增加(或减小)与相变潜热释放(或吸收)量成正比例。当∫,=0时处于液相:∫=1处于固相0