多年冻土区跑道地基水热力耦合效应研究

发布时间：2020-03-28 08:50

【摘要】：黑龙江省计划到2030年形成三江平原、东南山区、松嫩平原、大小兴安岭四大通用机场群,其中大小兴安岭通用机场群区域分布有大面积的多年冻土,其特殊性给机场建设带来了巨大的困难。冻土地基稳定性由水、热、力共同控制,水、热的变化以及由此引起的应力重分布使跑道极易产生冻胀、融沉病害。此外,机场跑道道面幅度宽、不能高出地表面的结构特点使得其冻土地基的热扰动影响更显著,而多年冻土区的机场跑道建设理论及技术研究尚属空白。为此,本文针对机场跑道的结构特点,采用理论分析、室内模型试验及数值模拟方法,研究东北多年冻土区跑道地基的水热力耦合效应,为东北多年冻土区机场跑道的建设及研究提供基础。具体研究及成果如下:1、通过低温实验室进行东北多年冻土土基温度年变化模型试验,得到了环境温度改变时冻土土基不同深度处温度变化规律,同时建立了相应的水热耦合有限元模型,验证了其有效性与可靠性。2、建立了东北多年冻土区机场跑道水热耦合地基三维有限元模型,对比分析了跑道中部、端部及纵向断面温度场状况,发现跑道端部温度场状况优于中部并据此提出了温控措施施工建议,同时对比三维与二维对称模型模拟结果,发现研究时可使用二维对称模型代替三维模型。3、通过有限元模拟对东北多年冻土区附面层参数进行研究,建立了适用于东北多年冻土跑道地基的附面层参数计算公式。4、建立了东北多年冻土区机场跑道水热力耦合地基有限元模型,分析了温度应力的分布与变化,发现在进行跑道设计时需考虑温度应力,尽可能选择强度高的道面材料,跑道运营期间尤其是夏季、冬季需及时观测道面状况,特别注意融沉、网裂病害的出现。
【图文】：

技术路线图

中国民航大学硕士学位论文了未冻水含量。在确定了数学模型及等效热参数后，根据气S 并使用 Fortran 语言编写相应子程序便可建立水热耦合地基度场的基础上，选取适当的本构模型并确定其参数便可进行土的特殊性，，其力学参数是关于温度的变量。膨胀系数不仅量的影响，而未冻水含量也受到温度的影响，由此可得到膨 ABAQUS 建立各参数随温度变化的地基有限元模型，地应，便可进行水热力耦合地基有限元模拟。年冻土区机场跑道地基水、热、力三个因素可通过未冻水含 所示，在其中一个因素改变时另外两个因素随之发生相应的上相互制约，共同控制着多年冻土区机场跑道的地基稳定性
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V351.11

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