根据冻结壁的实际受力状态，开展不同初始条件下的冻土真三轴试验，分析中主应力系数（b）对冻结砂土强度和变形特性的影响规律；借助PFC3D数值模拟软件，研究颗粒间的法向接触力大小和分布规律，弥补了室内试验无法直接观察试件内部颗粒间相互作用力分布的不足，为揭示中主应力系数对冻结砂土的强度影响机理提供细观层面上的数据支撑。试验结果表明：当中主应力逐步接近大主应力时，各主应力方向呈现出不同的破坏模式；冻结砂土在中主应力方向的变形由膨胀向压缩转变，该方向的纵波波速先增大后减小；小主应力方向的膨胀变形显著增大，且纵波波速逐步减小；基于应力叠加原理和泊松效应分析了冻结砂土在水平方向的变形差异机制；数值模拟得到的理论曲线与试验应力-应变曲线基本符合，数值模拟所得破坏形态也与室内试验基本一致；随着b值的增大，中主应力方向的法向接触力逐步增大，而小主应力方向略微减小；冻结砂土在不同小主应力、负温、含水率条件下的强度均呈现先增大后减小的变化趋势，当b=0.5～0.6时达到峰值；融合应力-应变曲线、破坏形态、纵波波速、力链分布特征等多源信息揭示了中主应力对冻结砂土的强度影响机理。
根据冻结壁的实际受力状态，开展不同初始条件下的冻土真三轴试验，分析中主应力系数（b）对冻结砂土强度和变形特性的影响规律；借助PFC3D数值模拟软件，研究颗粒间的法向接触力大小和分布规律，弥补了室内试验无法直接观察试件内部颗粒间相互作用力分布的不足，为揭示中主应力系数对冻结砂土的强度影响机理提供细观层面上的数据支撑。试验结果表明：当中主应力逐步接近大主应力时，各主应力方向呈现出不同的破坏模式；冻结砂土在中主应力方向的变形由膨胀向压缩转变，该方向的纵波波速先增大后减小；小主应力方向的膨胀变形显著增大，且纵波波速逐步减小；基于应力叠加原理和泊松效应分析了冻结砂土在水平方向的变形差异机制；数值模拟得到的理论曲线与试验应力-应变曲线基本符合，数值模拟所得破坏形态也与室内试验基本一致；随着b值的增大，中主应力方向的法向接触力逐步增大，而小主应力方向略微减小；冻结砂土在不同小主应力、负温、含水率条件下的强度均呈现先增大后减小的变化趋势，当b=0.5～0.6时达到峰值；融合应力-应变曲线、破坏形态、纵波波速、力链分布特征等多源信息揭示了中主应力对冻结砂土的强度影响机理。
根据冻结壁的实际受力状态，开展不同初始条件下的冻土真三轴试验，分析中主应力系数（b）对冻结砂土强度和变形特性的影响规律；借助PFC3D数值模拟软件，研究颗粒间的法向接触力大小和分布规律，弥补了室内试验无法直接观察试件内部颗粒间相互作用力分布的不足，为揭示中主应力系数对冻结砂土的强度影响机理提供细观层面上的数据支撑。试验结果表明：当中主应力逐步接近大主应力时，各主应力方向呈现出不同的破坏模式；冻结砂土在中主应力方向的变形由膨胀向压缩转变，该方向的纵波波速先增大后减小；小主应力方向的膨胀变形显著增大，且纵波波速逐步减小；基于应力叠加原理和泊松效应分析了冻结砂土在水平方向的变形差异机制；数值模拟得到的理论曲线与试验应力-应变曲线基本符合，数值模拟所得破坏形态也与室内试验基本一致；随着b值的增大，中主应力方向的法向接触力逐步增大，而小主应力方向略微减小；冻结砂土在不同小主应力、负温、含水率条件下的强度均呈现先增大后减小的变化趋势，当b=0.5～0.6时达到峰值；融合应力-应变曲线、破坏形态、纵波波速、力链分布特征等多源信息揭示了中主应力对冻结砂土的强度影响机理。
为研究冻结饱和砂土在不同温度、初始围压、中主应力系数影响下的强度和变形特性，借助冻土真三轴试验机对黑龙江某矿砂土在-5℃、-10℃、-15℃3个温度下进行等小主应力σ3等中主应力系数b加载真三轴试验，试验结果表明：在同一围压和温度下，冻结饱和砂土破坏强度随b值增大而增大，当b值达到0.75后，强度随b值增大而降低，近似呈二次函数关系；在同一围压和b值下，冻结饱和砂土破坏强度随温度降低线性增长。冻结饱和砂土在真三轴条件下体应变先剪缩后剪胀，且b值越大或围压越小，剪胀性越强。根据试验结果规律，通过对邓肯-张参数进行回归分析，建立了以温度和中主应力系数为影响因素的改进邓肯-张模型，并验证模型可靠性。研究结果可为富水砂层中冻结法施工提供一定参考。
为研究冻结饱和砂土在不同温度、初始围压、中主应力系数影响下的强度和变形特性，借助冻土真三轴试验机对黑龙江某矿砂土在-5℃、-10℃、-15℃3个温度下进行等小主应力σ3等中主应力系数b加载真三轴试验，试验结果表明：在同一围压和温度下，冻结饱和砂土破坏强度随b值增大而增大，当b值达到0.75后，强度随b值增大而降低，近似呈二次函数关系；在同一围压和b值下，冻结饱和砂土破坏强度随温度降低线性增长。冻结饱和砂土在真三轴条件下体应变先剪缩后剪胀，且b值越大或围压越小，剪胀性越强。根据试验结果规律，通过对邓肯-张参数进行回归分析，建立了以温度和中主应力系数为影响因素的改进邓肯-张模型，并验证模型可靠性。研究结果可为富水砂层中冻结法施工提供一定参考。
为研究冻土在复杂应力路径下的力学性质，利用自主研发的冻土真三轴仪，研究了温度和中主应力系数b_f对冻结砂土强度和变形特性的影响。试验结果表明：不同试验条件下的偏应力–大主应变曲线均表现出应变硬化的特性。当0≤b_f≤0.5时，破坏强度随b_f的增加而增加，当b从0.5增长到1时，破坏强度表现出降低的趋势，且b_f>0时的强度均大于bf=0的强度。强度随着温度降低呈现出线性增长规律。随着b_f的增加，中主应力方向上的变形由膨胀向收缩转变；小主应力方向始终产生膨胀变形，且变形速率加快；体应变均表现出先剪缩后剪胀的特性。应力水平在30%～95%区间内的试验点适用于计算Duncan-Chang模型参数。
为研究冻土在复杂应力路径下的力学性质，利用自主研发的冻土真三轴仪，研究了温度和中主应力系数b_f对冻结砂土强度和变形特性的影响。试验结果表明：不同试验条件下的偏应力–大主应变曲线均表现出应变硬化的特性。当0≤b_f≤0.5时，破坏强度随b_f的增加而增加，当b从0.5增长到1时，破坏强度表现出降低的趋势，且b_f>0时的强度均大于bf=0的强度。强度随着温度降低呈现出线性增长规律。随着b_f的增加，中主应力方向上的变形由膨胀向收缩转变；小主应力方向始终产生膨胀变形，且变形速率加快；体应变均表现出先剪缩后剪胀的特性。应力水平在30%～95%区间内的试验点适用于计算Duncan-Chang模型参数。
人工冻结法是饱水砂层开挖过程中常用的止水和临时支护方法,通过冻土损伤特性研究为冻土力学特性和冻结体稳定性分析奠定基础。为研究冻结砂土的损伤力学特性,在–5℃下进行了不同中主应力系数的冻结砂土三维室内试验。从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Drucker-Prager强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了三维应力状态下冻结砂土损伤本构模型;在此基础上,讨论模型参数F0与m和中主应力系数的关系,对模型参数进行合理修正,建立中主应力系数影响下的冻结砂土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明:参数F0和m随着中主应力系数的增大呈现先减小后增大的趋势;参数F0反映了冻结砂土的强度特性,参数m代表了冻结砂土的延性及脆性特征,考虑中主应力系数影响的冻结砂土损伤本构模型能很好地模拟冻结砂土应力–应变全过程曲线。研究成果为人工冻结法工程设计提供一定的理论依据。