當前正處于民航大發(fā)展的階段,未來民航業(yè)將進入黃金時期。由于氣候等原因,永凍土區(qū)多屬于欠發(fā)展地區(qū),機場作為一種交通運輸類工程可以架起人們溝通的空中橋梁。永凍土區(qū)跑道建設難點在于凍土性質(zhì)不穩(wěn)定,受溫度影響而產(chǎn)生波動。而外界環(huán)境溫度正發(fā)生著變化,氣候變暖已成為人類的共識。永凍土的分布與環(huán)境溫度密切相關(guān),年均氣溫值能間接代表緯度等地理因素對凍土的影響。因此本文借助數(shù)值仿真軟件,在環(huán)境溫度變化的大背景下,對未來凍土退化所造成的跑道承載力變化進行研究。所做主要工作和成果如下:1、基于水熱耦合理論,建立永凍土區(qū)跑道地溫場計算模型。對跑道下部地溫一年內(nèi)的逐月變化規(guī)律和30年內(nèi)的逐年變化規(guī)律進行研究。分析采用換填土措施、碎石措施、隔熱板措施時的地溫變化規(guī)律,對比組合措施與單一措施的降溫效果。2、建立考慮飛機荷載作用的簡化靜力模型,研究地溫分布非線性對道面變形的影響。對跑道一年內(nèi)的逐月變形和30年內(nèi)的逐年變形進行研究。并對換填土措施、碎石措施、隔熱板措施對變形的影響進行分析。發(fā)現(xiàn)隔熱板的低強度會增大道面變形。3、借助滲流-應力耦合分析模塊,建立永凍土區(qū)跑道融沉變形模型。發(fā)現(xiàn)年均氣溫的高低會影響凍土土基的融化深度,融化深度影響跑道融沉變形大小。凍脹率和線膨脹系數(shù)之間存在聯(lián)系,借助二次開發(fā)建立凍脹計算模型,對不同年均氣溫下的凍脹變形進行模擬。4、對高緯度永凍土區(qū)進行針對研究。改變土體傳熱參數(shù),重新計算地溫分布,以年均地溫作為熱穩(wěn)定性評價指標,該區(qū)跑道下部土體年均地溫20年后在-1.5℃之上,凍土退化較快。建立最大位移和已知土體回彈模量的關(guān)系,以基頂反應模量作為靜力評定指標。分別進行凍脹和融沉變形計算,結(jié)果表明凍融變形大于靜力變形。
【學位單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V351.11
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 凍土溫度場研究現(xiàn)狀
        1.2.2 凍土變形研究現(xiàn)狀
        1.2.3 凍土區(qū)機場工程研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究的主要內(nèi)容
    1.4 技術(shù)路線
第二章 高緯度永凍土區(qū)機場工程面對的問題
    2.1 凍土分布特點分析
    2.2 凍土退化現(xiàn)狀研究
    2.3 凍土凍脹融沉病害
    2.4 凍土處理應對措施
    2.5 本章小結(jié)
第三章 基于水熱耦合理論的永凍土區(qū)跑道地溫規(guī)律
    3.1 凍土水熱耦合基本理論
        3.1.1 二維水熱耦合基本方程
        3.1.2 基本假設及熱學參數(shù)的確定
    3.2 附面層理論及邊界條件
        3.2.1 附面層理論
        3.2.2 熱學邊界條件分類
    3.3 有限元基本計算模型的確定
        3.3.1 模型尺寸及土體分層
        3.3.2 土體熱學參數(shù)的取值
        3.3.3 模型邊界及初始條件
        3.3.4 模型建立過程
    3.4 機場跑道地溫基本規(guī)律研究
        3.4.1 地溫逐月變化規(guī)律
        3.4.2 地溫逐年變化規(guī)律
    3.5 不同凍土處理措施下地溫分布規(guī)律
        3.5.1 換填土措施下地溫分布
        3.5.2 碎石措施下地溫分布
        3.5.3 隔熱板措施下地溫分布
        3.5.4 組合措施下地溫分布
    3.6 永凍土地區(qū)跑道土基熱穩(wěn)定性評價
        3.6.1 -3℃地區(qū)熱狀況
        3.6.2 -4℃地區(qū)熱狀況
        3.6.3 -5℃地區(qū)熱狀況
    3.7 本章小結(jié)
第四章 靜力及凍融作用對跑道變形影響研究
    4.1 土體滲流基本理論
        4.1.1 有效應力原理
        4.1.2 土水勢及其分量
        4.1.3 土體滲流控制方程
    4.2 材料本構(gòu)模型
        4.2.1 線彈性模型
        4.2.2 Mohr-Coulomb模型
    4.3 靜力模型的建立
        4.3.1 三維模型的建立
        4.3.2 二維模型的建立
        4.3.3 二維模型與三維模型對比
    4.4 永凍土區(qū)跑道基本變形規(guī)律
        4.4.1 跑道變形逐月變化規(guī)律
        4.4.2 跑道變形逐年變化規(guī)律
    4.5 不同凍土處理措施下跑道變形規(guī)律
        4.5.1 換填土措施變形規(guī)律
        4.5.2 碎石措施變形規(guī)律
        4.5.3 隔熱板措施變形規(guī)律
    4.6 永凍土區(qū)融沉模型建立及變形分析
        4.6.1 土體滲透系數(shù)及其折減
        4.6.2 模型初始與邊界條件
        4.6.3 融沉模擬計算流程
        4.6.4 模擬結(jié)果分析
    4.7 永凍土區(qū)凍脹模型建立及變形分析
        4.7.1 凍脹率及線膨脹系數(shù)
        4.7.2 模擬結(jié)果分析
    4.8 本章小結(jié)
第五章 高緯度永凍土區(qū)跑道承載力綜合評定
    5.1 高緯度永凍土區(qū)土基熱穩(wěn)定性
        5.1.1 土體傳熱參數(shù)的確定
        5.1.2 島狀-稀疏島狀多年凍土亞區(qū)
        5.1.3 大片-島狀多年凍土亞區(qū)
    5.2 高緯度永凍土區(qū)跑道靜力評定
        5.2.1 土體模量擬合及轉(zhuǎn)換
        5.2.2 位移及模量逐月變化
        5.2.3 位移及模量逐年變化
    5.3 高緯度永凍土區(qū)跑道融沉變形
    5.4 高緯度永凍土區(qū)跑道凍脹變形
    5.5 高緯度永凍土區(qū)某地機場算例
    5.6 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
致謝
參考文獻
作者簡介

【參考文獻】

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本文編號：2893339