本文關鍵詞：季節(jié)性溫度變化引起機場跑道“鍋蓋效應”數(shù)值及試驗研究

  更多相關文章： 鍋蓋效應 道面阻滯 非等溫多相流 溫度循環(huán) 粉質(zhì)黏土 現(xiàn)場檢測 模型試驗

【摘要】：機場跑道等地面結(jié)構(gòu)的建設,改變了原地表與大氣之間水分運移平衡,導致地面結(jié)構(gòu)下表層土體中水分富集,形成“鍋蓋效應”,加劇了交通荷載作用下道基的不均勻沉降,導致結(jié)構(gòu)破壞,嚴重影響跑道的適航性。為了揭示“鍋蓋效應”的形成機理,本文基于熱傳導和非飽和多孔介質(zhì)水氣運移耦合作用理論,利用多場耦合有限元分析軟件OpenGeoSys分析了道面結(jié)構(gòu)阻滯和環(huán)境溫度影響下不同土類土基中水分運移規(guī)律,分析了季節(jié)性溫差、初始溫度和初始含水率等因素對土基水氣運移的影響。此外,對山西長治機場跑道土基含水率進行了現(xiàn)場檢測,并與數(shù)值計算結(jié)果進行對比。在上述工作基礎上,研制了可控溫度梯度的環(huán)向控溫土柱試驗裝置,開展溫度梯度作用下壓實黃土水分運移試驗,重點研究了溫度梯度和覆蓋層結(jié)構(gòu)在“鍋蓋效應”形成過程中的作用,并應用非等溫多相流方法對模型試驗過程進行模擬。數(shù)值分析、現(xiàn)場檢測及試驗結(jié)果表明：(1)季節(jié)性氣溫變化對土基中水分運移有明顯的影響。表面溫度降低引起水分向上運移,導致土基表層含水量增加,出現(xiàn)水分“富集”現(xiàn)象,主要影響深度約為lm。相對而言,季節(jié)性溫度變化對砂土含水量影響很小,黏土次之,粉質(zhì)黏土影響最大,飽和度改變量可達6%左右。(2)土基表層水分富集程度與填土初始條件有關,土體初始含水量、填筑時溫度越高,土基表層水分“富集”現(xiàn)象越明顯。分析表明,隨著土層含水率下降,季節(jié)性溫度變化影響表層含水率的程度不斷減弱。(3)道面結(jié)構(gòu)阻滯作用對土基表層含水量影響十分顯著,與無道面結(jié)構(gòu)的土面區(qū)相比,道面區(qū)道面結(jié)構(gòu)以下土基表層lm范圍內(nèi)土體含水量明顯高于土面區(qū),甚至出現(xiàn)道面板以下近表層50cm內(nèi)含水量高于其下部土體的現(xiàn)象,具有“鍋蓋效應”特征,這與現(xiàn)場檢測結(jié)果規(guī)律較一致。(4)在長達11周的試驗周期內(nèi),溫度控制和頂面邊界條件不同的3個模型土柱中含水率分布規(guī)律差異較明顯。壓實黃土滲透系數(shù)較低,重力勢所引起的水分改變量不足2%；上表面低溫引起的溫度梯度和覆蓋層的存在,使土柱表層出現(xiàn)明顯的水分“富集”現(xiàn)象,5cm深度處含水率升高了7.4%。(5)模型表面覆蓋層的存在與否對土柱中水分運移規(guī)律影響較大,相同溫度控制條件下,無覆蓋層作用的土柱表層在蒸發(fā)作用下含水率明顯降低,降低幅度為8.6%。(6)對試驗過程的模擬能夠較好的反映不同深度處水分變化規(guī)律,進一步分析模型和分析方法的合理性。
【關鍵詞】：鍋蓋效應 道面阻滯 非等溫多相流 溫度循環(huán) 粉質(zhì)黏土 現(xiàn)場檢測 模型試驗
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V351.11
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 研究背景11-16
• 1.1.1 機場跑道道面結(jié)構(gòu)11-14
• 1.1.2 季節(jié)性氣溫變化對“鍋蓋效應”的影響14-16
• 1.2 研究現(xiàn)狀16-24
• 1.2.1 道面結(jié)構(gòu)及路基土體中的溫度分布17-19
• 1.2.2 溫度作用下土體中的水分運移19-24
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容24-26
• 第2章 溫度作用下機場跑道土基中水分運移有限元分析26-43
• 2.1 溫度場-滲流場耦合分析模型26-34
• 2.1.1 非飽和土溫度場-滲流場耦合分析理論26-29
• 2.1.2 分析模型29-31
• 2.1.3 模型參數(shù)31-32
• 2.1.4 邊界條件32-34
• 2.1.5 初始條件34
• 2.2 季節(jié)性溫度變化影響分析34-39
• 2.2.1 土體類型對含水率分布的影響34-38
• 2.2.2 初始含水率、初始溫度的影響38-39
• 2.3 道面結(jié)構(gòu)阻滯作用影響分析39-40
• 2.4 山西長治機場現(xiàn)場檢測40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 第3章 環(huán)向控溫土柱水氣運移模型試驗裝置43-62
• 3.1 環(huán)向控溫土柱試驗裝置43-55
• 3.1.1 設計思路43-46
• 3.1.2 環(huán)向控溫模型筒46-49
• 3.1.3 溫度控制系統(tǒng)49-52
• 3.1.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52-55
• 3.2 土樣制備55-60
• 3.2.1 土料參數(shù)56-58
• 3.2.2 土樣制備與傳感器埋設58-60
• 3.3 試驗過程60-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第4章 壓實黃土水分運移試驗及結(jié)果分析62-81
• 4.1 模型試驗方案62-63
• 4.2 試驗結(jié)果及分析63-76
• 4.2.1 模型A試驗結(jié)果及分析63-64
• 4.2.2 模型B試驗結(jié)果及分析64-69
• 4.2.3 模型C試驗結(jié)果及分析69-74
• 4.2.4 試驗結(jié)果對比分析74-76
• 4.3 試驗過程模擬結(jié)果及分析76-79
• 4.4 本章小結(jié)79-81
• 第5章 結(jié)論與展望81-83
• 5.1 本文主要結(jié)論81-82
• 5.2 進一步研究的建議及展望82-83
• 參考文獻83-91
• 作者簡歷及科研情況91

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本文編號：1006690