随着寒区经济的快速发展,人类工程活动对冻土的扰动越来越多,再加上全球温室效应不断加剧,冻土地区的边坡变得越来越不稳定,边坡冻融循环破坏问题尤为严重,给寒区工程的建设及运营带来了极大的危害。而目前多年冻土边坡常用的工程治理措施大多属于被动的治理方法,不符合气候变暖背景下积极保护冻土的原则。为了更好的解决多年冻土边坡的热融滑塌问题,提出了一种新型框架通风冷却锚管多年冻土边坡支护结构。本文采用理论和数值模拟相结合的方法对该新型结构的通风能力、降温效果进行分析,具体的研究内容和结论如下:(1)基于“主动保护冻土”的原则,结合通风管的通风降温优势和框架体系的锚固优势提出了一种集通风降温、支挡锚固与减胀回位功能于一体的框架通风冷却锚管多年冻土边坡支护结构,并对其结构构成、施工工艺和特性进行了介绍。(2)根据伯努利原理,对通风冷却锚管风速阻力损失的情况进行了计算,并通过结构通风的驱动力和风场压差的等量关系,推导出结构内部的风速计算公式,利用有限元软件对计算公式进行了验证。算例分析表明:通风冷却锚管具有较好的通风能力;风压差是结构通风的主要驱动力,沿程阻力损失是结构主要风速损失;结构通风的最优管径比为0.4~0.7;抽风弯管的设置显著提高了通风能力。(3)基于上述风速计算公式,对通风冷却锚管管壁的换热机理进行研究,推导出考虑风速影响的管壁换热量计算公式;然后建立通风冷却锚管径向传热模型,以管壁换热量作为锚管边界条件,通过摄动方法进行求解,得出径向冻结锋面扩展的降温效果评价指标;同时,基于能量守恒定律得出通风锚管轴向坡面融深变化的另一降温效果评价指标。算例分析表明:管壁的热交换作用主要包括对流换热和蒸发散热两种,管壁总热通量是对流换热通量和蒸发换热通量的叠加;在通风冷却锚管支护下,多年冻土边坡的坡面融深有较为显著的抬升,锚管冻结锋面半径也随时间的增长不断增大,说明结构具备较好的降温效果。(4)为了进一步分析通风冷却锚管的降温效果,并验证(3)中两种降温效果评价指标的合理性,建立了通风冷却锚管支护多年冻土边坡的温度场模型,采用有限元法进行求解,并编写了计算程序,通过试验验证了程序的准确性。利用编制的程序分别对通风冷却锚管和普通锚杆支护下的边坡温度场进行计算,对比分析表明,通风冷却锚管改变了普通锚杆支护下多年冻土边坡的温度场分布,将其直线型坡面融深线转变为波浪型融深线,坡面融深也有较为显著的抬升,在一定程度上抑制了冻土边坡上限退化,显示了良好的通风降温作用。