Page 114 - 2022年第53卷第2期

表 2 土性参数 表 3 混凝土、卵砾石模型参数
变量 取值 变量 取值 变量 取值 变量 取值
ρ p/（kg/m ） 2700 λ a/（W/（m·K）） 0.0243 C c/（J/（kg·K）） 970 C s/（J/（kg·K）） 2000
3
ρ w/（kg/m ） 1000 L f/（kJ/kg） 334 λ c/（W/（m·K）） 1.58 λ s/（W/（m·K）） 2
3
ρ c/（kg/m ） 2400 ρ s/（kg/m ） 1900
3
3
ρ i/（kg/m ） 931 θ s 0.37
3
C p/（J/（kg·K）） 900 θ r 0.01 E c/GPa 25 φ/（°） 40
0.167 0.5
v c f s
C w/（J/（kg·K）） 4200 α/（m ） 0.43
-1
C i/（J/（kg·K）） 2100 m 0.5 表 4 衬砌与基土接触参数
λ p/（W/（m·K）） 1.47 k s/（m/s） 2×10 -6 变量 取值 变量 取值
λ w/（W/（m·K）） 0.552 a 6.2 τ f/MPa 0.15 G/（MPa/m） 120
λ i/（W/（m·K）） 2.22 b -0.56 E s/（MPa/m） 40 f 0.3
5.1 温度场计算结果与分析 虽然三种断面的地下水位不同，但由于均为浅埋地下水，且基土毛细

作用较强，导致水分场虽有差距，但对温度场的结果影响不是很大。故此处仅对卵砾石护底的模袋
混凝土衬砌渠道进行温度场分析。
图 6 为不同时刻 0 ℃等值线图，其中的子图为一个冻融期内的各特征点的冻深发展过程线。从图
中可知，从 11 月 20 日开始，冻深线逐渐向深部发展；到 1 月 20 日左右达到最大，这种状态持续了大
约 20 天；从 2 月 5 日开始表层基土开始融化，但最大冻深仍然持续了一段时间；融化线不断下降且冻
深线上升，最终在 3 月 5 日左右，基土温度基本全部恢复正温，冻土区消失，全部融化。渠顶的冻深
发展曲线较渠底的变化较为剧烈，这是由于渠顶 B 点存在双向冻胀且风速较大，而渠底 D 点较为封闭
减缓了热量的流失；渠堤 A 点基本不受这些因素影响，其变化幅度与渠坡上 C 点的变化幅度相当，处
于 B 点、D 点两者之间。结合 0 ℃等值线图和冻深发展过程子图，可以知道渠顶最大冻深为 1.20 m，
渠底最大冻深为 0.69 cm。与渠道所在地区常年的冻深接近，能够较为准确地反映渠道温度场分布。
5.2 水分场计算结果与分析 由于形式一、二渠道的排水条件相同，故渠道水分场、冰场等条件相
同。选取三种形式渠道基土冻前时刻（11 月 20 日）的渠顶 B 点体积含水率沿基土深度的分布计算结
果，如图 7 所示。由图中可知，相比于形式三，形式一/二的渠坡两侧地下水含量明显较低，渠顶的
差值在 0.1 左右，降低率达到 27.8%。这是由于全断面混凝土渠道阻碍了水分的排出。

x/m
图 6 不同时刻冻深等值线 图 7 冻前时刻渠顶 B 点体积含水率分布曲线
为进一步分析基土总体积含水率和体积含冰率分布的变化规律，取最大冻深时刻（1 月 20 日）总体
积含水、含冰结果进行分析，如图 8、9 所示。其中总体积含水率为体积含水率与体积含冰率折减后之
和，且后文将总体积含水率与体积含冰率分别简化为总含水率和含冰率。从图 8 可知，渠道存在明显
的水分迁移，且水分聚集在渠道表面。对比图 8 两张图得知：无卵砾石护底的衬砌渠道的水分迁移量
更大。从图 9 可知，渠道底部的含冰率均为最多，渠顶的含冰率最少。这是由于渠底距地下水较近，

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