飞机动荷载作用下跑道冻土地基长期变形特性研究

发布时间：2020-09-30 11:04

　　按照我国民航局十三五布局与开展的要求,我国将在黑龙江冻土地区陆续开展机场建设。冻土区的工程建设是一项世界难题,而在全球气候变暖的背景下,机场跑道的长期稳定性问题更加突出。冻土环境中场道长期稳定问题的实质为场道冻土路基在飞机荷载及环境因素综合作用下的长期累积变形。基于上述背景,本文采用室内低温动三轴试验和数值模拟相结合的方法,对飞机荷载下冻土路基动应力、黑龙江地区代表冻融土样的动力变形特性和飞机荷载长期作用下路基永久变形规律进行了研究,主要研究内容与取得的成果如下:1、借助有限元软件基于黑龙江地区地表监测温度、适用于飞机的动荷载系数构建温度-应力场,研究了不同环境温度、道面结构形式下土基动应力幅值的变化规律。2、基于低温不排水动三轴试验,通过冻融粉质粘土长期循环荷载作用下的动力学试验分别研究了含水量、围压、冻融循环次数、频率、温度因素对路基土动力塑性变形的影响,得到了循环荷载长期作用下冻土的累积塑性变形规律,并借助matlab软件通过与试验结果拟合出累积塑性应变模型。3、基于新建冻土、融土累积塑性应变模型分别考虑了飞机机型、滑跑速度、场道平整度等级、土基的换填深度与土基的冻融状态五种影响因素下,冻土区场道路基在飞机荷载作用下产生的累积应变规律,并通过反算应变模型利用损伤值表示不规则动应力组合下土基的破坏程度,为机场运行期间飞行区沉降评估与监测提供了便利。4、依据全球变暖冻土退化规律,基于动力和环境温度综合作用建立场道路基长期变形计算模型,研究了永冻土区机场在全球气候变暖的情况下,机场地基的长期变形随着温度升高的变化规律。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V351.11
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 飞机荷载研究
        1.2.2 冻土的力学性能
        1.2.3 土体永久变形研究
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 技术路线
第二章冻土地基温度分布与动应力研究
    2.1 场道地基温度场分布规律研究
        2.1.1 基本假设
        2.1.2 路基温度场微分方程
        2.1.3 边界条件
        2.1.4 冻土区跑道温度场有限元模型建立
    2.2 飞机滑跑动荷载研究
        2.2.1 机场道面动荷载系数的建立
        2.2.2 机场道面动荷载系数规律研究
    2.3 地基承受动力荷载的有限元分析
        2.3.1 冻土地基有限元模型尺寸选取
        2.3.2 有限元模型加载方式
        2.3.3 有限元模型计算结果分析
    2.4 本章小结
第三章飞机荷载下冻融粉质粘土的动力变形特性
    3.1 试验简介
        3.1.1 试验仪器
        3.1.2 土样物理性质与试样制备
    3.2 试验方案设计
        3.2.1 试验控制条件
        3.2.2 动弹性模量与塑性应变计算
    3.3 冻土累积塑性应变
        3.3.1 温度对冻土累积塑性应变的影响
        3.3.2 围压对冻土累积塑性应变的影响。
        3.3.3 频率对冻土累积塑性应变的影响。
        3.3.4 含水量对冻土累积塑性应变的影响。
        3.3.5 冻融对冻土累积塑性应变的影响。
    3.4 融土累积塑性应变
        3.4.1 围压对融土累积塑性应变的影响。
        3.4.2 频率对融土累积塑性应变的影响。
        3.4.3 含水量对融土累积塑性应变的影响。
        3.4.4 冻融对融土累积塑性应变的影响。
    3.5 冻融土累积塑性应变模型
        3.5.1 土基累积塑性应变经典模型
        3.5.2 土基累积塑性应变模型建立
    3.6 本章小结
第四章飞机动荷载作用下冻土地基永久变形研究
    4.1 地基永久变形计算
        4.1.1 计算步骤
        4.1.2 计算方案
    4.2 路基动力永久变形影响因素分析
        4.2.1 飞机机型
        4.2.2 运行速度
        4.2.3 路面平整度
        4.2.4 道路换填处理
        4.2.5 冻融状态
        4.2.6 土基损伤计算
    4.3 环境升温对永冻土地基变形的长期影响
        4.3.1 永冻土温度场升温变化
        4.3.2 永冻土退化对路基沉降的影响
    4.4 本章小结
第五章结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
作者简介

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