鍋蓋效應(yīng)是指有覆蓋層土體中的水汽在溫度梯度的驅(qū)動(dòng)下向上遷移,冷凝成水或者凝華成冰在覆蓋層下聚積的現(xiàn)象。在面積廣闊的季節(jié)凍土區(qū),鍋蓋效應(yīng)導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)跑道和道路等工程病害頻發(fā)。為了更好地防控季節(jié)凍土區(qū)道基工程病害,完善鍋蓋效應(yīng)水汽遷移相關(guān)理論,本文對(duì)沈陽(yáng)機(jī)場(chǎng)跑道鍋蓋效應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,以大量室內(nèi)試驗(yàn)研究為基礎(chǔ),并結(jié)合理論推導(dǎo),研究了道基土體的鍋蓋效應(yīng)增水規(guī)律,取得的主要成果如下:（1）開發(fā)了鍋蓋效應(yīng)試驗(yàn)平臺(tái)。研制了鍋蓋效應(yīng)室內(nèi)試驗(yàn)儀器“凍融循環(huán)鍋蓋效應(yīng)試驗(yàn)儀”,通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)FDR（頻域反射法）傳感器的含水率測(cè)量值會(huì)受溫度漂移的影響而與溫度呈線性關(guān)系,同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立了校準(zhǔn)公式,校準(zhǔn)后的含水率具有良好的可靠性。為了能夠進(jìn)行模擬碎石-粘土分層道基的試驗(yàn)并收集鍋蓋效應(yīng)生成水,對(duì)凍融循環(huán)鍋蓋效應(yīng)試驗(yàn)儀進(jìn)行了改進(jìn)。（2）系統(tǒng)研究了鍋蓋效應(yīng)的影響因素。對(duì)粉質(zhì)粘土試樣進(jìn)行了恒定溫度梯度下的鍋蓋效應(yīng)水汽遷移系列試驗(yàn),研究了粘性土體在不同溫度梯度、初始含水率、干密度、試驗(yàn)時(shí)間和補(bǔ)水方式下的鍋蓋效應(yīng)水汽遷移規(guī)律,得到了上述各因素對(duì)鍋蓋效應(yīng)的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明凍結(jié)作用是粘性土覆蓋層下含水率大幅增加的關(guān)鍵。（... 

【文章來源】：北京航空航天大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：157 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

中國(guó)凍土分布[2]

0摘要2圖2中國(guó)民用機(jī)場(chǎng)布局規(guī)劃分布圖[4]由此可知，我國(guó)季節(jié)性凍土區(qū)面積十分廣闊，季節(jié)凍土區(qū)的道路和機(jī)場(chǎng)跑道工程等均處于凍融循環(huán)的氣候環(huán)境中。1.1.1土體的鍋蓋效應(yīng)土體的鍋蓋效應(yīng)是指有覆蓋層土體中的水汽在溫度梯度的驅(qū)動(dòng)下向上遷移，冷凝成水或者凝華成冰在覆蓋層下聚積的現(xiàn)象（圖3），它的概念是由李強(qiáng)、姚仰平等[5]為了解釋蘭州中川機(jī)場(chǎng)跑道的工程病害而提出的。鍋蓋效應(yīng)發(fā)生的條件有三個(gè)：（1）土體中含有水汽。（2）土體上邊界溫度較低，能夠與深部土體的穩(wěn)定溫度形成上低下高的溫度梯度。（3）土體需要具有覆蓋層，如道路、機(jī)場(chǎng)跑道道面等。即便是干旱地區(qū)，由于地下水的存在，水汽遷移也有充足的水汽來源。因此，地處季節(jié)凍土區(qū)的道路和機(jī)場(chǎng)跑道等工程土體均存在鍋蓋效應(yīng)發(fā)生的條件。

北京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文3（a）（b）圖3鍋蓋效應(yīng)示意圖（a）生活中的鍋蓋效應(yīng)（b）機(jī)場(chǎng)跑道鍋蓋效應(yīng)（繪圖：從易敏行）自從鍋蓋效應(yīng)的概念提出以后，學(xué)者們逐漸開始用鍋蓋效應(yīng)來解釋季節(jié)凍土區(qū)的道基工程病害。在機(jī)場(chǎng)跑道工程方面，西北地區(qū)的蘭州中川機(jī)場(chǎng)[5-14]、敦煌機(jī)場(chǎng)[9,10,14]，東北地區(qū)的沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)等[9]（圖4（a））均報(bào)道了由鍋蓋效應(yīng)引發(fā)的道面裂縫、不均勻沉降等工程病害，已嚴(yán)重影響了機(jī)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)。在鐵道工程方面，哈大高鐵的凍脹問題[15-22]據(jù)報(bào)道與粗粒土填料鍋蓋效應(yīng)密切相關(guān)。在道路工程方面，新疆的烏奎高速公路[8,9,14,23]（圖4（b））、連霍高速公路[14,23,24,25]等也發(fā)現(xiàn)了鍋蓋效應(yīng)引發(fā)的道面裂縫。鍋蓋效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致土體濕度增加，強(qiáng)度降低，誘發(fā)不均勻沉降，甚至在冬季凍脹、開春翻漿，嚴(yán)重破壞作為覆蓋層的機(jī)場(chǎng)道面等上覆結(jié)構(gòu)。因此，研究鍋蓋效應(yīng)水汽遷移規(guī)律和增水機(jī)理，對(duì)于完善鍋蓋效應(yīng)相關(guān)理論以及防控道基工程病害具有重要意義。（a）（b）圖4鍋蓋效應(yīng)引發(fā)的道面凍脹裂縫（a）沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)跑道（b）新疆烏奎高速公路

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]季節(jié)凍土區(qū)渠道水分遷移規(guī)律及凍脹特性試驗(yàn)研究[J]. 姜海波,李琳,李志強(qiáng).  水利水電技術(shù). 2020(02)
[2]馬氏瓶回流原理分析[J]. 姚仰平,陳偉,陳含.  力學(xué)與實(shí)踐. 2020(01)
[3]凍融循環(huán)作用下非飽和粗顆粒填料水熱汽遷移追蹤及規(guī)律研究[J]. 張玉芝,馬巍,趙維剛,溫安,李裴,王保憲.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2020(01)
[4]路基土體“時(shí)變覆蓋效應(yīng)”的數(shù)值模擬分析[J]. 宋二祥,仝睿,羅爽,李鵬.  工程力學(xué). 2019(08)
[5]砂性凍土堤防凍融作用下水分遷移試驗(yàn)研究[J]. 史長(zhǎng)瑩,張寶磊,張曄楠.  地震工程學(xué)報(bào). 2019(03)
[6]北京新機(jī)場(chǎng)“鍋蓋效應(yīng)”一維現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J]. 羅汀,曲嘯,姚仰平,王乃東,陳經(jīng)偉.  土木工程學(xué)報(bào). 2019(S1)
[7]Development of pot-cover effect apparatus with freezing-thawing cycles[J]. LUO Ting,CHEN Han,YAO YangPing,WANG NaiDong,QU Xiao.  Science China（Technological Sciences）. 2019(09)
[8]寒區(qū)路基土鍋蓋效應(yīng)氣態(tài)水遷移試驗(yàn)研究[J]. 羅汀,陳含,姚仰平,陳偉.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2019(S1)
[9]凍融循環(huán)條件下重塑黃土水分遷移及其對(duì)力學(xué)性質(zhì)影響[J]. 陳靜茹,李寶平,楊帆,王元戎.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2018(34)
[10]凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料內(nèi)水氣擴(kuò)散的影響[J]. 羅蓉,柳子堯,黃婷婷,涂崇志,馮光樂.  中國(guó)公路學(xué)報(bào). 2018(09)

博士論文
[1]凍土凍融過程水熱遷移特性的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 宋文宇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]凍融作用下黃土水分遷移及強(qiáng)度問題研究[D]. 張輝.西安建筑科技大學(xué) 2014
[3]新疆地區(qū)路面覆蓋下路基溫濕度變化規(guī)律及力學(xué)性能研究[D]. 李倩.長(zhǎng)安大學(xué) 2012
[4]季節(jié)凍土水分遷移模型研究[D]. 李楊.吉林大學(xué) 2008
[5]季節(jié)凍土水分遷移的機(jī)理及數(shù)值模擬[D]. 原國(guó)紅.吉林大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3136804