受飞机动力学特性和气候环境影响,寒区机场跑道长期运行中存在与非寒区跑道不同类型及程度的工程病害。为掌握寒区机场跑道工程病害的致灾原因,本文基于中国民航大学机场工程研究中心建立的跑道长期结构性能数据库（LTRPP）开展数据挖掘分析,进而进行了理论推导、有限元模拟和室内缩尺模型试验,提出了考虑升力作用的飞机着陆振动预测方程,总结了冻结过程中寒区机场跑道道基动力响应变化规律。首先,从LTRPP中选取了国内6个典型区域10座不同类型机场的726组重锤式弯沉测试（HWD）数据进行全寿命周期内跑道结构性能退化规律的统计分析,明确了跑道结构性能演化的影响因素;结合飞机着陆过程的动力学特性,推导了基于三分之一飞机模型的竖向振动预测方程,并通过求解上述方程对B737-800在刚性和柔性跑道上着陆振动响应进行了预测和双重验证。进而,通过数值模拟方法分析了热-力作用下寒区场道及土基的动力响应变化规律,发现了冻结过程中土基动力响应特有的振动滞后现象。最后,结合漠河机场监测数据在低温实验室开展了缩尺模型实验,验证了理论分析结果。通过研究得到如下主要结论:（1）从HWD数据统计分析结果来看,道基性能退化的临界服役年限在15到20年之间。随着服役年限的增加,道基性能在外载荷作用下呈线性变化。特别地,跑道中间区域的道面减薄设计极大加速了滑行区的道基性能退化。（2）B737-800在刚性和柔性跑道上着陆的三阶段加速度变化区间比（ar）分别为:1.028、14.77、640和0.876、10.712、205,说明三分之一飞机模型在求解其着陆过程动力响应时具有较高的精确性,也分析得出飞机对跑道的动态激励输入主要集中在接地阶段。（3）结合ar和道面高程数据计算得到的三阶段平整度影响系数最大值（1、1.185、1.145）可知,平整度对飞机着陆过程影响大小排序为:减速阶段、滑行阶段、接地阶段。（4）着陆竖向速度和加速度变化分别引起|a|max以指数形式最大增加2.22倍和1.35倍,为考虑寒区气候对飞机着陆性能影响提供了量化依据。另外。减小k或者增大c所引起的参数影响率最大减小值分别3.012和4.513,有助于起落架研究机构优化起落架。（5）不同工况下的模型振动响应amax和PSDmax都在水稳层处衰减约50%,且通过道基振动响应滞后效应(道基顶层和底层出现amax的时间最大相差0.06 s)分析得出道基的动稳定性在冻结过程中沿深度经历了波动,是因为冰水相变对土基参数的影响。（6）从缩尺模型试验分析结果可以看出,除了热力作用外,温度变化所影响的水气迁移也会对寒区场道动力性能产生较大的影响。特别地,f比amax和PSDmax对温度、含水率和冲击荷载等的变化更为敏感,可对amax和PSDmax所表现出的两种模型动稳定性微小差异进行补充。（7）当温度为0°C时,数值模拟f等于10 Hz,与缩尺模型f（2.1～2.5 Hz）比值约等于缩尺比例5:1,对模型正确性进行了双重验证,使得其动力响应分析结果可定量应用于实际工程分析。（8）将玻尔兹曼模型成功应用于跑道道基振动响应分析,发现该模型是描述道基振动响应的较好模型（R~2＞0.9）。玻尔兹曼模型为道基在飞机冲击荷载下的振动响应定量预测提供了一种新方法,为现有机场的管理维护提供科学决策依据。通过本文研究,掌握了引起跑道道基性能退化的主要因素影响规律,量化了飞机着陆过程中对跑道的冲击作用,找出了能够反映道基在飞机荷载作用下的动力响应指标和模型,从而初步解释了寒区机场跑道着陆区域出现较为严重的早期病害现象。