摘自湖北省八市高三联考的地理试卷（2024年3月）
摘自乌鲁木齐地区高三年级文科综合能力试卷（2025年5月）
让我们先来看两道高考模拟题
聪明如你，是否有解题思路呢？
我校教授、中国科学院新晋院士
姚仰平发现的科学现象
“锅盖效应”陆续出现在
云南、四川、福建、青海、黑龙江等
多地高考模拟试题中
与高中知识融合
走入万千考生视野的“科学考题”背后
蕴藏着北航人破解重大工程难题的
硬核科研攻坚力量
那么，什么是“锅盖效应”？
接下来小萱为你介绍——
“锅盖效应”的工程背景
沈阳桃仙国际机场
建好后过了不多年
机场的道面就出现了裂缝病害
给飞机起降带来巨大安全隐患
经过一系列修复
几年后异常裂缝再度严重
最终发现跑道下聚积了大量的水
一度令人疑惑不解
沈阳机场道面开裂及道肩积水实拍
无独有偶，兰州中川国际机场
在少雨、地下水位极深的环境下
也出现过类似的工程困境
看似无解的难题牵动着科研团队的神经
数十米深的地下水位
水分究竟从何而来？
“锅盖效应”的提出与内涵
一筹莫展之际
姚仰平在日常生活的现象中获得启发
正如烧水时水汽遇到较冷的锅盖
会在锅盖下表面凝结成很多水珠
同理，土中水汽也会沿温度梯度迁移
冬季，浅层土壤的温度低于深层土壤
水汽在温度梯度的推动下向上迁移
遇到密闭且低温的机场跑道层
水汽便液化成水或凝华成冰
道面如同一个“锅盖”使水分不断聚积
这一现象就是“锅盖效应”
“锅盖效应”
会给机场跑道带来巨大的安全风险
浅层水结冰后体积膨胀
巨大的冻胀力导致跑道鼓胀开裂
冰融后引起道面沉降
机场道面开裂“掉粒”
带来的FOD（跑道杂物）
严重威胁着飞机的起降安全
“锅盖效应”的理论研究历程
为攻克这一工程难题
姚仰平领衔机场“973项目”团队潜心钻研
研制了整套试验设备
开展了一系列室内试验和现场试验
建立了水汽迁移的理论模型
系统揭示了“锅盖效应”的产生机理
通过热-水-力多场耦合分析
形成了“锅盖效应”诱发
机场跑道沉降的计算方法
“锅盖效应”室内试验设备
姚仰平和学生在机场开展现场试验
基于此，姚仰平带领团队
提出了疏堵结合的
“锅盖效应”防治技术
在略低于场地冻结深度处
铺设土工布来阻断水汽的迁移
避免了水的聚积和冻胀病害
同时在碎石垫层的两侧
间隔设置纵向排水盲沟
排除可能聚积在碎石垫层中的水分
“锅盖效应”的创新发展
西北地区，荒漠戈壁上的光伏板下
意外长出绿色丛生的杂草
水从何来？姚仰平带领团队创新发展了
双向“锅盖效应”理论
首次从科学机理上揭示了
光伏板与戈壁地表“硬壳”促使水汽双向汇聚
让荒漠戈壁“返绿”的原理
并提出“牧光互补”模式
为新能源开发与生态保护协同
提供了可以借鉴的新思路
“锅盖效应”的防治实践
“锅盖效应”防治技术
已被应用于国内多个机场
及北京大兴国际机场的跑道设计中
有效抑制了跑道道基中的水汽迁移和聚积
防控了因“锅盖效应”导致的跑道冻胀风险
为机场长期安全服役提供了关键技术支撑
北京大兴国际机场现场监测对比。（左图）天然地基；（右图）应用“锅盖效应”防治技术的地基
面对沈阳桃仙国际机场的跑道灾害
“锅盖效应”理论
科学解释了跑道道基冻胀积水的来源
为跑道灾害的治理提供了科学指引
“锅盖效应”防治被纳入中国民用航空局发布的
行业标准《民用机场高填方工程技术规范》
取得了显著的社会经济效益
人物介绍
姚仰平
中国科学院院士
现任北京航空航天大学交通科学与工程学院教授，国家“973计划”首席科学家，中国土木工程学会土力学与岩土工程分会副理事长，《岩石力学与工程学报》副主编，第18届黄文熙讲座主讲人，享受国务院政府特殊津贴。长期从事岩土本构理论与工程应用研究，创建了土的统一硬化（UH）本构理论，提出了机场“锅盖效应”新概念及相应的防灾技术，构建了机场智能压实系统，成果应用于高填方机场、高土石坝及北京大兴国际机场等多项国家重大工程。作为第一完成人获国家自然科学二等奖1项、美国土木工程师学会Thomas Rowland奖、教育部自然科学一等奖2项，获茅以升土力学及岩土工程大奖、全国九三楷模、北京航空航天大学“教学名师”、“十佳教师”等荣誉，主讲的本科《土力学》课获批为国家级一流本科课程。2025年11月当选中国科学院院士。
从破解工程难题的科研突破
到走进高考模拟题的知识普及
“锅盖效应”实现了一个科学发现
从提出到落地到普及的闭环
展现了科学研究与基础教育之间
相互赋能的生动实践
以科学之光点照亮青少年的理想征程
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通讯员｜王乃东 胡贺祥 田雨 孙昊政
编辑｜姜雨萱 李彤韵
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