山區(qū)機場跑道通常跨越復(fù)雜的地形地質(zhì)單元,形成的高填方和高邊坡具有挖填交替、方量巨大、填料類型眾多、性質(zhì)復(fù)雜的特點。跑道運行后,一方面在飛機荷載長期作用下,在道基一定深度范圍內(nèi)產(chǎn)生附加動應(yīng)力,引起填料或原道基顆粒間錯動、滑移乃至破碎,產(chǎn)生的塑性形變或體變將會不斷累積。另一方面機場跑道的鋪設(shè),阻礙了道基中濕度場與外界環(huán)境的交換,將改變原地表與大氣之間的水分運移平衡,在道面板下一定范圍內(nèi)形成水分局部集中的現(xiàn)象,即“鍋蓋效應(yīng)”,將會弱化土體的工程力學(xué)性質(zhì),降低土體強度。在飛機長期動載和“鍋蓋效應(yīng)”作用下,容易誘發(fā)道基不均勻沉降等災(zāi)害,嚴(yán)重影響跑道的適航性。針對這些因素改進機場跑道適航性,是山區(qū)支線機場高填方變形和穩(wěn)定控制中急需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。本文的主要研究內(nèi)容和成果包括:1.建立飛機-道面結(jié)構(gòu)-道基動力相互作用模型,采用半解析有限元方法研究了單輪和Boeing737主起落架荷載作用下道面結(jié)構(gòu)和道基的動力響應(yīng),系統(tǒng)分析了動力相互作用過程中飛機的加速度效應(yīng)和升力對響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,加速度效應(yīng)對道面結(jié)構(gòu)反向應(yīng)力區(qū)間有影響,而對道面結(jié)構(gòu)各向應(yīng)力幅值影響不明顯�？紤]升力后,各向應(yīng)力幅值降低幅度隨著速度增加而增加,呈拋物線型。加速度效應(yīng)對淺層土體各向應(yīng)力時程曲線形態(tài)無明顯影響,豎向應(yīng)力幅值基本不變,加速度效應(yīng)對深層土體剪切應(yīng)力具有放大效應(yīng)。主起落架荷載作用下,道面板頂部縱向壓應(yīng)力幅值達到豎向應(yīng)力的1.5倍,拉應(yīng)力區(qū)間幅值達到0.5MPa,應(yīng)加強面板上層的抗壓和抗拉設(shè)計。主起落架荷載的疊加效應(yīng)對道基土體所受應(yīng)力幅值有放大作用,這種放大作用,隨著道基深度增加而增加。2.歸納和總結(jié)了“鍋蓋效應(yīng)”形成機理,在寒旱地區(qū),冷凝和冷凍作用是“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)象形成的主要機理�；陔姶挪ㄏ嗷プ饔美碚�,提出了時域反射法(TDR)含水率測試統(tǒng)一經(jīng)驗?zāi)Ｐ?該經(jīng)驗公式對常見土體類型均能給出誤差在±0.05g.g-1以內(nèi)的結(jié)果,對1.3～2.3g.cm-3的干密度范圍內(nèi)具有較好的適用性。在工程中常見的擊實功和孔隙水電導(dǎo)率變化范圍內(nèi),精度可滿足工程要求,為復(fù)雜填料含水率現(xiàn)場快速測試提供技術(shù)支持。設(shè)計并研制TDR向上滲透法標(biāo)定裝置,可有效解決在壓實巖土體中TDR探針難以打入的問題,并可快速高效實現(xiàn)含水率和介電常數(shù)間關(guān)系標(biāo)定。3.采用動三軸試驗研究了動應(yīng)力比、圍壓、含水率和初始固結(jié)比對土石混合料動力特性的影響。建立了土石混合料變形累積發(fā)展模型,提出飛機荷載作用下道基累積沉降計算方法。結(jié)果表明,在試樣加載初期,軸向累積應(yīng)變迅速發(fā)展,隨后,隨著振次增加,軸向累積應(yīng)變發(fā)展速率逐漸下降并趨于穩(wěn)定,軸向累積應(yīng)變也趨于穩(wěn)定。隨著動應(yīng)力比CSR的增加,回彈模量減小,軸向累積應(yīng)變增加明顯,CSR=1時軸向累積應(yīng)變是CSR=0.2的11.15倍,應(yīng)變達到0.138%。隨著圍壓的增大,回彈模量增加,軸向累積應(yīng)變增加。與飽和試樣相比,最優(yōu)含水率下的試樣回彈模量增加,軸向累積應(yīng)變明顯減小,降幅約為50%。隨著初始固結(jié)比的增大,回彈模量增加,軸向累積應(yīng)變增加。本文建立的雙曲線形式的土石混合料累積應(yīng)變發(fā)展模型可以較好地預(yù)測土石料累積變形發(fā)展和最終的累積變形。飛機動載引起的道基累積沉降約為0.6～1.2mm�？紤]“鍋蓋效應(yīng)”后,道基累積沉降增幅可達50%。荷載速度對道基累積沉降有著明顯影響,5m厚壓縮層時,75m/s最終沉降量比20m/s提高了 30%。4.建立了六自由度飛機滑跑模型,可簡單有效的模擬不同道面輸入條件下機體的振動響應(yīng)。隨著沉降幅值增加,機體后主輪胎峰值沖擊系數(shù)和質(zhì)心加權(quán)加速度均方根值呈線性增加。隨著飛機滑跑速度的增加和沉降波長的減小,機體后主輪胎峰值沖擊系數(shù)和質(zhì)心加權(quán)加速度均方根值呈現(xiàn)增加趨勢�；陲w機滑跑安全性和乘客舒適性提出非均勻道基沉降控制標(biāo)準(zhǔn),給出起降區(qū)和滑跑區(qū)差異沉降控制線。5.建立承德機場全跑道健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),采集了相關(guān)數(shù)據(jù)展開分析。現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明加速度三向響應(yīng)時程呈現(xiàn)多峰現(xiàn)象。道基土體瞬態(tài)應(yīng)變和土壓力響應(yīng)時程曲線呈現(xiàn)拉壓交替,與數(shù)值模擬一致。承德機場道基恒溫層在2.5m左右,道基表層具有含水率聚集現(xiàn)象,具有“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)象,道基累積變形為毫米級,從挖填交替區(qū)到填方區(qū)再到填挖交替區(qū)整體上呈現(xiàn)凹型等沉降線趨勢。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU43
【部分圖文】：

?Ｗ?＇ｒｅａｄ??圖１．２?２０２０年山區(qū)高填方機場規(guī)劃圖??）一擊：…｜??Ｖ?＇：釋￥雜??；￥Ｖ??：三２纖：?：虛．：＇?／?二：丨??圖１．３?２０３０年民用機場規(guī)劃布局示意圖??１．１．２存在的問題??通常把最大填方高度或邊坡高度大于２０ｍ的機場稱為高填方機場（如表１．１??為部分機場高填方工程統(tǒng)計表）。山區(qū)機場長達３０００米左右的跑道通常跨越不同??地質(zhì)單元，形成的高填方和高邊坡具有挖填交替、方量巨大、填料類型眾多、性??質(zhì)復(fù)雜的特點。??２??

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?第１章緒論??圖１．４為山區(qū)機場高填方工程典型橫剖面，李強和魏弋鋒（２００６）提出“三??面一體控制論”來解決高填方工程中的一系列工程技術(shù)問題�！叭嬉惑w”指的??是基底面、臨空面、填體頂面和填筑體。“基底面”為填筑體與原地基的接觸面，??包括原地基中的軟弱夾層。“臨空面”即為邊坡坡面�！疤铙w頂面”包括道槽區(qū)頂??面和土面區(qū)頂面。“填筑體”包括道槽區(qū)填筑體、土面區(qū)填筑體和邊坡穩(wěn)定影響??區(qū)填筑體�！叭嬉惑w”各要素間相互作用和影響，“三面一體控制”的核心是把??握、平衡、協(xié)調(diào)和控制各要素間的關(guān)系來解決機場高填方工程的關(guān)鍵技術(shù)問題。??，??／?／??頂面?Ａ???ｉ＾ＸＪ??臨空面．＾??一＇邊：：??圖１．４機場高填方“三面一體”結(jié)構(gòu)??目前國內(nèi)外相關(guān)基礎(chǔ)研究嚴(yán)重滯后于工程建設(shè)，尚無成熟理論和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來??支撐和規(guī)范山區(qū)機場高填方的設(shè)計和施工。由于其在材料、結(jié)構(gòu)以及服役要求等??方面的特殊性，按目前的理論及技術(shù)水平其建設(shè)還面臨諸多挑戰(zhàn)，主要有：??（１）
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本文編號：2858791