以5～10 mm、10～20 mm再生砖骨料和水灰比为自变量因子，将抗压强度、耐磨性能和抗冻性能等路用性能作为目标，采用中心复合试验设计，确定混凝土中不同因素的影响程度。对试验结果进行回归拟合，提出因子与混凝土路用性能之间的拟合模型，并利用方差分析验证模型的可靠性和稳定性。利用响应面3D图对模型深入分析，确定因子对再生砖骨料混凝土三项寒区路用性能影响程度，从高到低依次是：水灰比、10～20 mm砖骨料和5～10 mm砖骨料。结合渴求函数优化寒区再生砖骨料混凝土的路用性能，以满足3种寒区路况的要求：最大限度强化抗压强度和抗冻性；最大限度提高耐磨性，同时保持优异的抗压强度和抗冻性；根据权重强化抗冻性。研究结果表明：提出的拟合模型可根据工程目标反向求出最佳配比，优化再生砖骨料混凝土的制备工艺，为实际工程应用提供参考。

露天矿高台阶爆破普遍存在大块率高的现象,在地处西藏高寒高海拔地区的玉龙铜矿,受冻融循环等因素影响,表层大块率高的情况尤为明显。结合玉龙铜矿地质条件、环境因素及爆破作业实施效果,从孔距、排距、装药结构等方面分析与调整,进行爆破参数优化。经过多次调整与试验,表层大块率高的情况有明显改善,表层大块率控制在3%以内,取得了较好的效果。

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℃。

为了研究冻土地区路基冻胀融沉现象,解决存在于路基的冻胀问题,提高路基整体安全性,文章结合实体工程,对其结构特点和防冻设计进行研究。结果表明:在一定范围内,冻结率会随着含水量增加而增加;表层级配碎石层是冻胀变形的主要集中部位;根据冻胀观测结果分析可知,增强路基排水能力、设置纤维混凝土防水层和选用不易风化、细颗粒含量较少的路基填料可以提高路基抗冻能力。

理论研究和室内试验在深层冻土爆破参数设计中存在着限制,结合赵固二矿西风井冻土掘进的施工特点,开展爆破参数优化现场实验。以掘进速度、安全、质量为评价依据,对炸药选择、钻眼机具、炮眼布置和深度、装药参数和起爆顺序等参数进行优化分析。结果表明:通过合理设置中空孔、一二级掏槽孔、辅助孔和周边孔的孔距与间排距,调整装药参数和雷管段位等手段,使得爆后土体均匀无大块,将爆破进尺由1.9 m提高至2.8 m,炮孔利用率由67.9%提高至93.3%;同时将爆破振动控制在安全范围以内,实测井壁最大振动速度为8.39 cm/s,保证了施工安全性;通过经济效益比较分析,优化后的爆破方案较之前显著提高了施工效率,缩减掘进工期44.5 d,大大节约了施工成本和冻结成本。

南水北调中线应急供水工程渠道季节性冻土冻胀灾害,在河北省境内分布普遍且问题突出。其中第S1～S12标段渠道地基岩性主要为壤土、砂壤土、粉细砂,均须考虑冻胀问题。渠道设计时针对不同的地基岩性虽然采取了不同的防治冻胀的措施,但仍有部分渠道衬砌出现了不同程度的冻胀破坏。通过对工程中的季节性冻土发生冻胀破坏的部位进行统计、分析和研究,阐明了不同冻胀破坏发生的原因和机理,从预防和优化防冻设计角度提出了防冻胀的方法和地基处理措施。

冻土区域存在着公路结构设计上的特殊性,这种特殊性由于较多环境因素的介入,而使得公路冻土路基结构设计一直是一个较难逾越的难题。公路冻土路基普遍存在着冻胀与融沉双重病害,对抗这两种病害,保障道路的高稳定性的关键,就在于排水与隔水系统,以及隔热与持温系统,同时,更在于将这一系列措施整合为一个封闭的公路冻土路基结构体系。

针对《水工建筑物抗冰冻设计规范》单位切向冻胀力、单位水平冻胀力以表格形式给出在实际工程应用上存在的计算依赖表格、内插取值误差大、外延值域随意性等问题,通过对冻胀力与冻胀量关系曲线的线型特性分析,采用优化拟合的方法,获得了表达形式简单、取值过程简捷、计算精度高的数学表达式,可在实际工作中推广应用。

季节性冻土地区的渠道冻胀破坏非常严重。"冻土-衬砌结构"作用机制属于复杂的高度非线性问题,这使得数值计算在渠道结构设计和优化方面应用缓慢。本文提出了一种简化算法,该算法采用"初始位移法"模拟法向冻胀力,并通过定义摩尔库伦摩擦单元模拟冻土与结构之间的冻结摩擦作用。随后建立了渠道结构优化数学模型,基于APDL语言的二次开发建立了渠道有限元参数化模型,选取实际工程采用一阶算法进行了结构优化。研究结果表明:该方法简单实用,其计算结果与渠道实际破坏特征相符,可以用于渠道抗冻胀结构计算与设计;在最不利气象和水文地质条件下,结构优化后的断面可以保证渠道不产生裂缝,运行更安全;与传统的按照规范设计的断面对比,可降低6.7%的工程造价,对于整个灌区效益明显。

目前几乎所有冻土隧道设计都会采用保温隔热层避免冻融作用发生,但是在保温隔热层的参数选取时,保温隔热效果是主要考虑的因素,而对其成本考虑较少。为了使保温隔热层既能防止冻融作用的破坏,又能节约成本,以优化理论为基础,结合扩展内点罚函数及冻土隧道特点,建立了保温隔热层的数学优化模型,期望该模型能够达到此目的。以大坂山K0+785断面和风火山隧道K0+835断面为例,验证了该数学模型不仅能用于季节性冻土隧道,而且也能用于多年冻土隧道。优化结果不但能够防止冻害发生,而且还能产生较大的经济效益。由此可见该数学优化模型及求解方法可以为冻土隧道工程中的保温隔热层参数的合理选取提供指导。