以昆明地区泥炭质土为研究对象，掺入不同比例的标准硅酸盐水泥制成重塑土样并进行低温环境下单轴抗压试验，研究土样单轴应力应变关系及其抗压强度变化规律。将水泥掺量函数代入指数模型中，引入Riemann-Liouville型分数阶微积分算子，建立改进的冻结改良泥炭质土分数阶指数模型，变换得到不同水泥掺量的应力应变方程组及分数阶导数模型参数。再将温度函数代入指数模型，建立考虑温度和掺量共同影响的分数阶指数模型。运用蒙特卡罗方法计算模型的可靠度，分析模型与参数的相关规律。结果表明，改进的冻结改良泥炭质土本构模型能够较好地描述各水泥掺量和温度下的应力应变趋势，计算值与试验值拟合较好，模型参数较少，便于工程应用。
依托宁波地区甬舟铁路金塘海底隧道工程，针对隧道洞身范围的粉土和粉质黏土，在不同温度和不同含水率条件下进行冻土抗折强度试验，研究人工冻土抗折强度随温度和含水率变化的规律特征。结果表明：粉土和粉质黏土冻土抗折强度均随冻结温度的降低而增大，冻土抗折强度受冻结温度影响明显；不同含水率对粉土和粉质黏土抗折强度有一定影响，粉土试样在含水率为30%时，其抗折强度最大，粉质黏土试样在含水率为34%时，其抗折强度最大；当土层的含水率超过饱和最优含水率时，冻结土的抗折强度减小。试验结果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供科学指导。
为保证浅埋深富水软弱地层的盾构隧道安全始发,采用人工冻结法进行端头加固。通过在室内进行冻土单轴抗压试验,得到可靠的冻土力学参数,并采用正交试验的方法分析冻结深度、冻结宽度和冻结温度对地表沉降和管片拱顶沉降的影响规律和影响程度,选取确定最优冻结加固方案。结果表明:相同冻结温度下中粗砂抗压强度最大,其次是粉细砂、粉质黏土、黏质粉土,杂填土抗压强度最小;土体冻结温度越低,抗压强度越大;对地表沉降和管片拱顶沉降的影响排序为冻结深度>冻结宽度>冻结温度;最优冻结方案为冻结宽度6 m,冻结深度15 m,冻结温度-20℃。
基于某地下联络通道勘察试验报告,设计并整理汇总冻结温度和导热系数试验数据,对不同土层的冻结温度进行汇总分析以及研究冻结前后导热系数存在的差异,给出内在机制原因。试验结果表明:由于土层中土颗粒级配大小、含水量、矿物质浓度等因素影响造成每层土的冻结温度均不相同;冻土的导热系数均大于原状土的导热系数;每层土层冻土的导热系数也存在差异,灰色粉土或含黏性土粉砂导热系数最大。
在冻结法施工中,掌握冻土的蠕变特性对评价冻结壁的稳定性至关重要。文章通过对山西某矿粘土层进行不同冻结温度下单轴抗压及蠕变试验,得到蠕变随冻结温度、加载应力变化的规律。在分析Kachanov损伤理论模型及人工冻土蠕变经验模型特性的基础上,建立人工冻土理论-经验蠕变模型。通过对比分析建立模型计算值与人工冻结粘土蠕变试验结果,模型计算曲线与试验数据曲线拟合度较高,两者均反映了初始弹性变形、应变加速度逐渐减小至加速度为零的过程;若试样发生破坏,曲线则会在应变加速度为零的基础上继续加速上升。该模型能够反映深部人工冻土的各阶段蠕变特性,能为指导冻结法施工提供科学依据。
为了研究不同冻结时间及含水率对冻结粉质黏土无侧限抗压强度的影响,在负温条件下对不同含水率粉质黏土进行了不同冻结时间的无侧限抗压强度试验。结果表明随着冻结时间的增加,冻结粉质黏土无侧限抗压强度逐渐增大且增大趋势逐渐减小,应力-应变曲线的弹性段得到延长,应力达到峰值后下降段斜率逐渐增大,表现出依赖于冻结时间的冻脆性特征;在17%～29%范围内,随着含水率的增大,无侧限抗压强度逐渐降低,破坏应变逐渐增大,破坏形式由脆性破坏向塑性破坏转变。
通过对宁波轨道交通2号线地下隧道区间联络通道典型土层的人工冻土物理力学性能试验研究表明:宁波平原区典型土层人工冻土冻结温度低;冻土的热物理参数要高于相应原状土;土层属特强冻胀～强冻胀和融沉～强融沉;冻土强度总体具有抗压强度大于抗折强度和抗剪强度。试验结果为宁波轨道交通2号线联络通道工程实践所证实,为本地区其他工程冻结法施工提供了一系列的岩土参数。
哈尔滨轨道交通2号线土建02标联络通道拟采用冻结法施工,为了进一步研究该标段埋深范围内地层人工冻土物理力学特性,对该标段联络通道埋深范围内的粉砂层取样进行了冻土物理力学性能试验。试验结果为该标段联络通道冻结法设计提供了基础,并有效降低了该地区联络通道冻结法设计造价。
天然岩土通过人工冻结,其各项力学性能都会发生变化,为了更好地研究滨海软土地层人工冻土的蠕变性能,本文对福州地铁2号线各车站典型地层做了系统针对性试验研究。针对原状土样,在尽量减小扰动情况下,进行室内冻结试验,根据试验可得:相同温度下含水量较小的冻结土单轴抗压强度更大;当仅考虑非稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段时,蠕变可以用方程ε=AσBtC描述。
以福州地铁2号线各地铁车站典型地层为研究对象,根据人工冻土强度-温度曲线获得:随着冻结温度的降低,冻土的单轴抗压强度增高,其中砂土状强风化强度呈线性增大为0.233 MPa/℃;典型地层冻土的弹性模量平均增大为6.412～17.905 MPa/℃,且砂土弹性模型增长速度快。
