【摘 要】
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机场升降带作为机场道面的重要组成部分,是机场范围内唯一大面积的土质区域,因此机场升降带对于整个机场道面区域的排水性能具有重要的影响。升降带表面因没有铺设任何铺装层并且直接暴露在大气环境之中,从而容易受到外部环境的不均匀辐射导致的较大温度梯度的影响,此外由于升降带的工程性质要求其必须具有一定的压实度。本文以典型的机场升降带回填土为研究对象,重点考虑升降带在基于温度梯度及压实度对升降带内部水分迁移、扩
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机场升降带作为机场道面的重要组成部分,是机场范围内唯一大面积的土质区域,因此机场升降带对于整个机场道面区域的排水性能具有重要的影响。升降带表面因没有铺设任何铺装层并且直接暴露在大气环境之中,从而容易受到外部环境的不均匀辐射导致的较大温度梯度的影响,此外由于升降带的工程性质要求其必须具有一定的压实度。本文以典型的机场升降带回填土为研究对象,重点考虑升降带在基于温度梯度及压实度对升降带内部水分迁移、扩散规律的影响。通过自行搭建基于Arduino开发板的升降带温湿度采集系统以及适用于室内试验的土柱温湿度控制系统,对土柱在压实度下的水分扩散规律、温度梯度作用下的水分迁移规律进行了系统的室内试验研究。并运用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics,通过对单元体质量守恒原则下的水分运动方程进行基于含水率和压实度的改写,并将改写后的运动方程代入到PDE模块,对土柱在室内环境下的水热迁移规律进行仿真研究。本研究可为机场的排水设计提供理论参考依据,对升降带的压实及机场排水设施的建设和规划具有一定的工程参考价值。本研究的主要研究成果如下:（1）升降带回填土为典型的非饱和土,其中的水分迁移规律首先应满足所取单元体内部的质量守恒定律,运用拉普拉斯变化并结合非饱和土渗流的两类边界条件,即可得到其线性方程入渗解的表达式。基于水热耦合下的土壤温湿度场迁移规律,应该在传统水分迁移模型的基础上引入单元体内热量守恒的概念,将热量传递方程与水分迁移模型进行联立求解,即可得到在温度梯度作用下的水分运动基本模型。（2）试验部分基于自行开发的升降带温湿度采集系统、土柱边界的温湿度控制系统,分别进行了室内不同压实度、温度梯度的水热扩散试验,分析了在三种压实度下土柱内部的水分扩散规律,以及三种温度梯度作用下的水热迁移规律。（3）基于COMSOL Multiphysics软件中的PDE模块对升降带室内试验条件下的水热迁移仿真研究,验证了所推导出理论模型的可靠性。但同时发现,随着土柱高度的增加,会出现试验数值略小于仿真结果、试验值的含水率上升速度略小于模拟值的结果的现象。
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