机场跑道多年冻土地基温度场特征研究

作     者：杨简 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戚春香

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：多年冻土 机场跑道 温度场特征 融化深度 道面宽度 

摘      要：根据我国机场建设规划,我国将在多年冻土地区陆续开展机场建设。多年冻土是一种对温度极其敏感,且具有明显流变特性的特殊土质。冻土温度发生微小变化,将直接导致冻土强度发生巨大变化。因此全面掌握多年冻土地基温度场分布规律是机场建设的基础。我国多年冻土地区机场建设刚刚起步,还未见多年冻土地区机场建设的系统报告,由于机场跑道的宽幅特征以及不能高出地面的特殊要求,公路与铁路中现有的研究成果还不能完全照搬到机场中来。因此多年冻土地区机场跑道地基温度场特征是亟待解决的问题。为此,本文结合机场跑道的特点运用ABAQUS有限元软件对多年冻土地区不同道面宽度、不同道面类型、气候变暖因素以及隔热板跑道地基温度场变化规律进行了模拟分析,主要研究内容和成果如下:(1)基于有限元建立了相同条件下多年冻土地区机场跑道地基和公路路基温度场计算模型,通过对比分析得出两者地基温度分布存在较大差异。与公路路基相比,机场跑道地基融化更深,对冻土的扰动更大,说明公路中现有的研究成果不能完全应用到机场跑道中。进一步,通过现场道路温度场测试试验,验证了有限元模型的正确性。(2)对不同道面宽度的多年冻土区机场跑道地基温度场变化规律进行研究,结果表明,随着道面宽度的增加,地温越高,融土核面积越大,融化深度越深,并得出了温度场的年变化规律以及机场跑道对地基温度场的影响范围,最后建立了融化深度与道面宽度及时间的定量关系。(3)对沥青混凝土道面与水泥混凝土道面跑道地基温度场进行对比分析,得出水泥混凝土道面地基温度场融化深度较小,处于融化的时间比沥青混凝土道面短一个月,热稳定性较好,对多年冻土的扰动性更小。进一步,基于上述分析,给出了不同水泥混凝土道面宽度与地基融化深度及时间的相关关系。(4)针对不同气候变暖条件下跑道地基温度场进行了分析,结果表明气候变暖对多年冻土地区跑道地基融深影响显著,并进一步给出了融化深度与气候变暖速率的关系。(5)基于隔热层机场跑道地基温度场数值分析,得出隔热板的埋置能较大减小地基融化深度,对窄幅道面保护效果尤为明显,且隔热板厚度越厚埋置越浅对多年冻土的保护效果越好。