锅盖效应是指有覆盖层土体中的水汽在温度梯度的驱动下向上迁移,冷凝成水或者凝华成冰在覆盖层下聚积的现象。在面积广阔的季节冻土区,锅盖效应导致机场跑道和道路等工程病害频发。为了更好地防控季节冻土区道基工程病害,完善锅盖效应水汽迁移相关理论,本文对沈阳机场跑道锅盖效应现象进行了现场调研,以大量室内试验研究为基础,并结合理论推导,研究了道基土体的锅盖效应增水规律,取得的主要成果如下:(1)开发了锅盖效应试验平台。研制了锅盖效应室内试验仪器“冻融循环锅盖效应试验仪”,通过试验发现FDR(频域反射法)传感器的含水率测量值会受温度漂移的影响而与温度呈线性关系,同时根据试验结果建立了校准公式,校准后的含水率具有良好的可靠性。为了能够进行模拟碎石-粘土分层道基的试验并收集锅盖效应生成水,对冻融循环锅盖效应试验仪进行了改进。(2)系统研究了锅盖效应的影响因素。对粉质粘土试样进行了恒定温度梯度下的锅盖效应水汽迁移系列试验,研究了粘性土体在不同温度梯度、初始含水率、干密度、试验时间和补水方式下的锅盖效应水汽迁移规律,得到了上述各因素对锅盖效应的影响,试验结果表明冻结作用是粘性土覆盖层下含水率大幅增加的关键。(3)揭示了道基土体的锅盖效应增水机理--冻融循环作用。首先,对模拟粘土道基的土样进行冻融循环试验,结果表明冻融循环作用下粘土道基含水率会随循环次数增加而提高,达到稳定状态时道基土体整体含水率均大幅提高,且发生了明显的冻胀和融沉现象。其次,对模拟碎石-粘土分层道基的土样进行冻融循环试验,结果表明冻融循环作用下各循环冻结期水汽会在道基碎石垫层中凝华成冰,融化期凝华冰全部融化成水流走,因此道基土体的锅盖效应生成水量随循环次数增加而不断增加。上述试验结果揭示了冻融循环作用是道基土体锅盖效应增水的机理。(4)揭示了道基土体的锅盖效应增水机理--水汽循环现象。首先通过理论推导得到了土体水汽迁移速度计算公式,并且提出了临界饱和状态概念作为锅盖效应水汽循环的启动条件。然后对模拟碎石-粘土分层道基的土样进行低温冷凝试验,结果表明锅盖效应生成水能及时流走是水汽循环现象导致道基水分持续生成的关键。上述理论和试验研究结果揭示了水汽循环现象是道基土体锅盖效应增水的机理。