摘要
青藏高原是我国与南亚各国的巨大缓冲地带，得天独厚的地理位置使得青藏高原易守难攻，具有重大的战略意义，故在青藏高原将拟建一所高原地区军用机场，增强边境防线的控制能力。由于青藏高原多年冻土区占全国多年冻土总面积的80％，因此在青藏高原建设工程这种不可避免涉及到多年冻土区。同时，在全球气候变暖的背景下，极端气候频发，传统的冻土区工程建设设计中并未考虑极端突变气候因素对工程区多年冻土地基的影响。本文依托于青藏高原军用机场建设工程，采用现场勘探数据和数值模拟相结合的方法，建立了饱和-非饱和土体冻结过程水热耦合模型，以拟建机场工程地区天然场地水分、温度及气象资料为基础，分析了地面积水存在50年对天然地基水热状态的影响;根据工程中给定的地基处理方案，建立存在道面结构的冻土地基水热耦合模型，分析了拟建道基服役期间水热动态变化及道面结构在服役期间的稳定性;研究了短期极端高温事件与不同极端降水事件对拟建道基地基水热状态的影响以及服役性能预测，主要内容如下: (1)基于传热学及饱和-非饱和土体渗流理论，以温度和等效总含水量为基本变量，建立地面积水作用下的冻土温度场控制方程和水分场控制方程。采用Comsol Multiphysics有限元软件对拟建机场工程区地基模型进行求解，实地勘测地基土温度与模拟温度结果对比基本一致，验证了理论模型和数值模型的有效性，该数值计算模型可用于模拟拟建机场道基下地基土的水热状态。 (2)混凝土道基表面和气候变暖共同作用下使道基下方多年冻土层逐渐退化，冻土上限下移。在机场道基服役期间深层地基土出现常年融化区域，深层地基土未冻水含量增大，但在融化区域下方仍存在多年冻土，多余的孔隙水不能在短时间内运移，使土体强度降低，对道面结构的稳定性产生较大影响。 (3)极端降水作用使活动层含水量增加，道肩处水分累积在冻融循环期间对道面结构可能会造成冻胀融沉等破坏。夏季降雨量增大导致地表潜热增大，地表土壤热通量减小，降低地表温度，缓解了道面结构对下伏冻土的热扰动;地表水分下渗，在土层分界面附近由于渗透系数不同和冻结层的存在产生水分富集带。极端降水连续作用3年与极端降水作用1年对拟建道基下地基土水热状态变化的影响基本一致，但变化强度增大。 (4)短期极端高温事件对拟建场道地基水热场重分布影响较大，易导致道面结构由于纵横向差异较大而产生不均匀沉陷和纵向裂缝等病害。短期极端高温对浅层地表处短期影响较大，对深层地基土升温表现滞后并且影响时间长;同样的时间内短期极端高温事件发生后融化区域在横向及纵向范围比正常温度作用下融化范围更大，导致深层地基土强度降低，拟建道面结构的变形主要以融沉变形为主。
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