Россия
Россия
Россия
Цель: На основе модели, учитывающей гидротермическую связь влажности и температуры грунта, провести численное моделирование гидротермического поля земляного полотна (ЗП) железной дороги в районе распространения вечной мерзлоты. Изучить степень влияния глобального потепления и годовой амплитуды температуры на гидротермическое поле земляного полотна. Метод: Выполнен численный расчет земляного полотна железных дорог в программе COMSOL Multiphysics с помощью программного модуля системы дифференциальных уравнений в частных производных (PDE) методом конечных элементов. Уточнены различные значения параметров температурной функции верхней границы земляного полотна, и изучено влияние этих параметров на гидротермическое поле земляного полотна. Результаты: На основе температурной функции измеренных данных выявлено влияние эффекта глобального потепления и годовой амплитуды температуры на гидротермическое поле земляного полотна. Получен закон изменения распределения температуры, льдистости и незамерзшей воды в земляном полотне железных дорог в районах вечной мерзлоты после стабилизации гидротермического поля. Выявлены периоды наступления максимумов и минимумов температуры, льдистости и незамерзшей воды. Практическая значимость: Применение данной численной модели позволяет эффективно прогнозировать тенденцию изменения гидротермического поля земляного полотна в районах вечной мерзлоты под влиянием глобального потепления.
Железная дорога, гидротермическое поле, вечная мерзлота, численное моделирование, глобальное потепление
1. Yang J. Vulnerability of frozen ground to climate change in China / Y. Yang, S. Yang, M. Li et al. // Journal of Glaciology and Geocryology. - 2013. - Vol. 35(6). - Pp. 1436-1445.
2. Wang C. Area change of the frozen ground in China in the next 50 years / C. Wang, S. Jin, H. Shi // Journal of Glaciology and Geocryology. - 2014. - Vol. 36(1). - Pp. 1-8.
3. Zhang Z. Predicting changes of active layer thinkness on the Qinghai-Tebet Plateau as cli-mate w arming / Z. Zhang, Q. Wu // Journal of Glaciology and Geocryology. - 2012. - Vol. 34(3). - Pp. 505-511.
4. Luo D. Degradation of permafrost and cold-environments on the interior and eastern Qing-hai Plateau / D. Luo, H. Jin, L. Lin et al. // Journal of Glaciology and Geocryology. - 2012. - Vol. 34(3). - Pp. 538-546.
5. Li S. The future thermal regime of numerical simulating permafrost on Qinghai-Xizang (Ti-bet) Plateau, China, under climate warming / S. Li, G. Cheng, D. Guo // Science in China (Se-ries D). - 1996. - Vol. 39(4). - Pp. 434-441.
6. Nan Z. Prediction of permafrost distribution on the Qinghai-Tibet Plateau in the next 50and 100 years / Z. Nan, S. Li, G. Cheng // Science in China (Series D). - 2005. - Vol. 48(6). - Pp. 797-804.
7. Tao W. Heat transfer / W. Тао. - Xi'an, Northwestern Polytechnical University Press, 2006. - 592 p.
8. Lu N. Unsaturated soil mechanics / N. Lu, W. J. Likos. - Beijing: Higher Education Press, 2012. - 403 p.
9. Taylor G. S. A model for coupled heat and moisture transfer during soil freezing / G. S. Taylor, J. N. Luthin // Canadian geotechnical journal. - 1978. - Vol. 15(4). - Pp. 548-555.
10. Bai Q. Equations and numerical simulation for coupled water and heat transfer in frozen soil / Q. Bai, X. Li, Y. Tian et al. // Chinese Journal of Geotechnical Engineering. - 2015. - Vol. 37(z2). - Pp. 131-136.
11. Xin W. Frost Jacking characteristics and Bearing Capacity of Tower Foundation in Sea-sonally Frozen Soil. Master thesis / W. Xin. - Beijing, 2020. - 99 p.
12. Yin G. Effects of local factors and climate on permafrost conditions and distribution in Beiluhe basin, Qinghai-Tibet Plateau, China / G. Yin, F. Niu, Z. Lin et al. // Science of the To-tal Environment. - 2017. - Vol. 581. - Pp. 472-485.
13. Wu Q. Changes in active-layer thickness and near-surface permafrost between 2002 and 2012 in alpine ecosystems, Qinghai-Xizang (Tibet) Plateau, China / Q. Wu, Y. Hou, H. Yun et al. // Global and Planetary Change. - 2015. - Vol. 124. - Pp. 149-155.
14. Zheng B. Investigation for the deformation of embankment underlain by warm and ice-rich permafrost / B. Zheng, J. Zhang, Y. Qin // Cold Regions Science and Technology. - 2010. - Vol. 60(2). - Pp. 161-168.
15. Yuan C. Formation mechanism of longitudinal cracks in expressway embankments with inclined thermosyphons in warm and ice-rich permafrost regions / C. Yuan, Q. Yu, Y. You et al. // Applied Thermal Engineering. - 2018. - Vol. 133(25). - Pp. 21-32.
16. Cooper R. N. Climate Change / R. N. Cooper // Foreign Affairs. - 2002. - Vol. 81. - Iss. 1. - P. 208.
17. Qin D. Climate change science and sustainable develop ment / D. Qin // Progress in Geog-raphy. - 2014. - Vol. 33(07). - Pp. 874-883.
18. Sun Z. Experimental and Numerical Analyses on Traditional Embankment of Qinghai Ti-bet Railway / Z. Sun, W. Ma, Z Wen et al. // Journal of the China Railway Society. - 2010. - Vol. 32(03). - Pp. 71-76.
