鍋蓋效應是指有覆蓋層土體中的水汽在溫度梯度的驅(qū)動下向上遷移,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),鍋蓋效應導致機場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,完善鍋蓋效應水汽遷移相關理論,本文對沈陽機場跑道鍋蓋效應現(xiàn)象進行了現(xiàn)場調(diào)研,以大量室內(nèi)試驗研究為基礎,并結合理論推導,研究了道基土體的鍋蓋效應增水規(guī)律,取得的主要成果如下:（1）開發(fā)了鍋蓋效應試驗平臺。研制了鍋蓋效應室內(nèi)試驗儀器“凍融循環(huán)鍋蓋效應試驗儀”,通過試驗發(fā)現(xiàn)FDR（頻域反射法）傳感器的含水率測量值會受溫度漂移的影響而與溫度呈線性關系,同時根據(jù)試驗結果建立了校準公式,校準后的含水率具有良好的可靠性。為了能夠進行模擬碎石-粘土分層道基的試驗并收集鍋蓋效應生成水,對凍融循環(huán)鍋蓋效應試驗儀進行了改進。（2）系統(tǒng)研究了鍋蓋效應的影響因素。對粉質(zhì)粘土試樣進行了恒定溫度梯度下的鍋蓋效應水汽遷移系列試驗,研究了粘性土體在不同溫度梯度、初始含水率、干密度、試驗時間和補水方式下的鍋蓋效應水汽遷移規(guī)律,得到了上述各因素對鍋蓋效應的影響,試驗結果表明凍結作用是粘性土覆蓋層下含水率大幅增加的關鍵。（... 

【文章來源】：北京航空航天大學北京市 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

中國凍土分布[2]

0摘要2圖2中國民用機場布局規(guī)劃分布圖[4]由此可知，我國季節(jié)性凍土區(qū)面積十分廣闊，季節(jié)凍土區(qū)的道路和機場跑道工程等均處于凍融循環(huán)的氣候環(huán)境中。1.1.1土體的鍋蓋效應土體的鍋蓋效應是指有覆蓋層土體中的水汽在溫度梯度的驅(qū)動下向上遷移，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、姚仰平等[5]為了解釋蘭州中川機場跑道的工程病害而提出的。鍋蓋效應發(fā)生的條件有三個：（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、機場跑道道面等。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)的道路和機場跑道等工程土體均存在鍋蓋效應發(fā)生的條件。

北京航空航天大學博士學位論文3（a）（b）圖3鍋蓋效應示意圖（a）生活中的鍋蓋效應（b）機場跑道鍋蓋效應（繪圖：從易敏行）自從鍋蓋效應的概念提出以后，學者們逐漸開始用鍋蓋效應來解釋季節(jié)凍土區(qū)的道基工程病害。在機場跑道工程方面，西北地區(qū)的蘭州中川機場[5-14]、敦煌機場[9,10,14]，東北地區(qū)的沈陽桃仙國際機場等[9]（圖4（a））均報道了由鍋蓋效應引發(fā)的道面裂縫、不均勻沉降等工程病害，已嚴重影響了機場的運營。在鐵道工程方面，哈大高鐵的凍脹問題[15-22]據(jù)報道與粗粒土填料鍋蓋效應密切相關。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)了鍋蓋效應引發(fā)的道面裂縫。鍋蓋效應會導致土體濕度增加，強度降低，誘發(fā)不均勻沉降，甚至在冬季凍脹、開春翻漿，嚴重破壞作為覆蓋層的機場道面等上覆結構。因此，研究鍋蓋效應水汽遷移規(guī)律和增水機理，對于完善鍋蓋效應相關理論以及防控道基工程病害具有重要意義。（a）（b）圖4鍋蓋效應引發(fā)的道面凍脹裂縫（a）沈陽桃仙國際機場跑道（b）新疆烏奎高速公路

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3136804