为验证冻结砂砾土压缩过程中是否存在压融效应，对不同含水（冰）状态与不同冻结温度的砂砾土进行无侧限压缩试验和电阻测试，通过核磁共振测定饱和砂砾土的未冻水含量。结果表明：（1）砂砾土压缩过程电阻均先快速降低后趋缓，仅有干燥样品在应力峰值点后出现电阻增大的现象；（2）电阻快速降低阶段干燥样品的电阻降低率小于饱和冻结样品，-4℃饱和样品该值为26.8%，其值为相同温度下干燥样品的4倍；（3）随温度降低，电阻快速降低阶段的降低率先增加后减小；（4）随温度降低，自由水与毛细水的相对含量快速减小，吸附水的相对含量先小幅增加后缓慢降低。分析认为：冻结砂砾土压缩过程中存在压融效应，这导致样品在受荷过程中高应力区未冻水含量增大，而融水会沿未冻水膜向低应力区的孔隙迁移、复冰进而改变孔隙结构；冻结温度在-2～-4℃区间附近，压融效应更容易发生。
为验证冻结砂砾土压缩过程中是否存在压融效应，对不同含水（冰）状态与不同冻结温度的砂砾土进行无侧限压缩试验和电阻测试，通过核磁共振测定饱和砂砾土的未冻水含量。结果表明：（1）砂砾土压缩过程电阻均先快速降低后趋缓，仅有干燥样品在应力峰值点后出现电阻增大的现象；（2）电阻快速降低阶段干燥样品的电阻降低率小于饱和冻结样品，-4℃饱和样品该值为26.8%，其值为相同温度下干燥样品的4倍；（3）随温度降低，电阻快速降低阶段的降低率先增加后减小；（4）随温度降低，自由水与毛细水的相对含量快速减小，吸附水的相对含量先小幅增加后缓慢降低。分析认为：冻结砂砾土压缩过程中存在压融效应，这导致样品在受荷过程中高应力区未冻水含量增大，而融水会沿未冻水膜向低应力区的孔隙迁移、复冰进而改变孔隙结构；冻结温度在-2～-4℃区间附近，压融效应更容易发生。
为验证冻结砂砾土压缩过程中是否存在压融效应，对不同含水（冰）状态与不同冻结温度的砂砾土进行无侧限压缩试验和电阻测试，通过核磁共振测定饱和砂砾土的未冻水含量。结果表明：（1）砂砾土压缩过程电阻均先快速降低后趋缓，仅有干燥样品在应力峰值点后出现电阻增大的现象；（2）电阻快速降低阶段干燥样品的电阻降低率小于饱和冻结样品，-4℃饱和样品该值为26.8%，其值为相同温度下干燥样品的4倍；（3）随温度降低，电阻快速降低阶段的降低率先增加后减小；（4）随温度降低，自由水与毛细水的相对含量快速减小，吸附水的相对含量先小幅增加后缓慢降低。分析认为：冻结砂砾土压缩过程中存在压融效应，这导致样品在受荷过程中高应力区未冻水含量增大，而融水会沿未冻水膜向低应力区的孔隙迁移、复冰进而改变孔隙结构；冻结温度在-2～-4℃区间附近，压融效应更容易发生。
冻土本构模型对于分析寒区岩土工程的安全和稳定性至关重要。低温吸力理论可以在物理层面解释温度对冻土力学特性产生影响的机理，且基于该理论所建立的冻土本构模型能实现融土和冻土本构关系的统一，所以近年来低温吸力理论受到越来越多的关注。本文首先通过分析饱和冻土中冰-水界面的表面张力作用，在低温吸力理论的基础上提出了低温粒间吸力的概念，并基于Clapeyron方程建立了低温粒间吸力与温度的关系式以及饱和冻土的有效应力公式。其次，针对多种类型的饱和冻土开展了温控侧限压缩试验和三轴剪切试验，发现低温粒间吸力对冻土力学特性的影响可以归结为其对冻土表观超固结性的影响，即冻土的表观超固结程度随低温粒间吸力的增大而增强。根据试验规律，建立了冻土表观前期固结压力和抗剪强度计算公式。最后，将以上所建立的冻土有效应力公式、前期固结压力公式和强度公式与超固结融土的统一硬化本构理论（即UH模型理论）结合，提出了一个新的冻土热力耦合弹塑性本构模型。使用该模型模拟冻土侧限压缩试验、单轴压缩试验和三轴剪切试验，发现其能合理描述冻土在不同温度和围压下的应力-应变关系，且计算结果与试验数据符合良好。
冻土本构模型对于分析寒区岩土工程的安全和稳定性至关重要。低温吸力理论可以在物理层面解释温度对冻土力学特性产生影响的机理，且基于该理论所建立的冻土本构模型能实现融土和冻土本构关系的统一，所以近年来低温吸力理论受到越来越多的关注。本文首先通过分析饱和冻土中冰-水界面的表面张力作用，在低温吸力理论的基础上提出了低温粒间吸力的概念，并基于Clapeyron方程建立了低温粒间吸力与温度的关系式以及饱和冻土的有效应力公式。其次，针对多种类型的饱和冻土开展了温控侧限压缩试验和三轴剪切试验，发现低温粒间吸力对冻土力学特性的影响可以归结为其对冻土表观超固结性的影响，即冻土的表观超固结程度随低温粒间吸力的增大而增强。根据试验规律，建立了冻土表观前期固结压力和抗剪强度计算公式。最后，将以上所建立的冻土有效应力公式、前期固结压力公式和强度公式与超固结融土的统一硬化本构理论（即UH模型理论）结合，提出了一个新的冻土热力耦合弹塑性本构模型。使用该模型模拟冻土侧限压缩试验、单轴压缩试验和三轴剪切试验，发现其能合理描述冻土在不同温度和围压下的应力-应变关系，且计算结果与试验数据符合良好。
冻土本构模型对于分析寒区岩土工程的安全和稳定性至关重要。低温吸力理论可以在物理层面解释温度对冻土力学特性产生影响的机理，且基于该理论所建立的冻土本构模型能实现融土和冻土本构关系的统一，所以近年来低温吸力理论受到越来越多的关注。本文首先通过分析饱和冻土中冰-水界面的表面张力作用，在低温吸力理论的基础上提出了低温粒间吸力的概念，并基于Clapeyron方程建立了低温粒间吸力与温度的关系式以及饱和冻土的有效应力公式。其次，针对多种类型的饱和冻土开展了温控侧限压缩试验和三轴剪切试验，发现低温粒间吸力对冻土力学特性的影响可以归结为其对冻土表观超固结性的影响，即冻土的表观超固结程度随低温粒间吸力的增大而增强。根据试验规律，建立了冻土表观前期固结压力和抗剪强度计算公式。最后，将以上所建立的冻土有效应力公式、前期固结压力公式和强度公式与超固结融土的统一硬化本构理论（即UH模型理论）结合，提出了一个新的冻土热力耦合弹塑性本构模型。使用该模型模拟冻土侧限压缩试验、单轴压缩试验和三轴剪切试验，发现其能合理描述冻土在不同温度和围压下的应力-应变关系，且计算结果与试验数据符合良好。
为合理设计冻结壁及确保施工安全,掌握人工冻土侧限条件下压缩变形特性非常必要。对山西省某煤矿深部黏土在不同冻结温度、含水率下,采用分级加载的方式进行侧限一维压缩试验,得到一维压缩应力-时间-轴向压缩变形之间的关系,并根据曲线变化分析可知:同一含水率及加载应力下,温度越低,轴向压缩变形量越小;相同温度下,随着含水率和加载应力的增加,压缩变形量也逐渐增大。引入Singh-Mitchell(S-M)模型,同时考虑温度、含水率和加载应力为模型自变量,建立改进S-M模型,通过对轴向压缩变形取对数的方式计算改进S-M模型参数。将改进S-M模型计算结果与侧限一维压缩变形试验结果进行比较,研究发现:模型计算曲线与试验曲线吻合度较高,模型计算曲线能够反映冻土从初始变形状态到稳定变形状态的变形特性,能准确预测压缩变形曲线的变化趋势,且改进S-M模型涉及参数较少,实际应用价值高。
为合理设计冻结壁及确保施工安全,掌握人工冻土侧限条件下压缩变形特性非常必要。对山西省某煤矿深部黏土在不同冻结温度、含水率下,采用分级加载的方式进行侧限一维压缩试验,得到一维压缩应力-时间-轴向压缩变形之间的关系,并根据曲线变化分析可知:同一含水率及加载应力下,温度越低,轴向压缩变形量越小;相同温度下,随着含水率和加载应力的增加,压缩变形量也逐渐增大。引入Singh-Mitchell(S-M)模型,同时考虑温度、含水率和加载应力为模型自变量,建立改进S-M模型,通过对轴向压缩变形取对数的方式计算改进S-M模型参数。将改进S-M模型计算结果与侧限一维压缩变形试验结果进行比较,研究发现:模型计算曲线与试验曲线吻合度较高,模型计算曲线能够反映冻土从初始变形状态到稳定变形状态的变形特性,能准确预测压缩变形曲线的变化趋势,且改进S-M模型涉及参数较少,实际应用价值高。
为合理设计冻结壁及确保施工安全,掌握人工冻土侧限条件下压缩变形特性非常必要。对山西省某煤矿深部黏土在不同冻结温度、含水率下,采用分级加载的方式进行侧限一维压缩试验,得到一维压缩应力-时间-轴向压缩变形之间的关系,并根据曲线变化分析可知:同一含水率及加载应力下,温度越低,轴向压缩变形量越小;相同温度下,随着含水率和加载应力的增加,压缩变形量也逐渐增大。引入Singh-Mitchell(S-M)模型,同时考虑温度、含水率和加载应力为模型自变量,建立改进S-M模型,通过对轴向压缩变形取对数的方式计算改进S-M模型参数。将改进S-M模型计算结果与侧限一维压缩变形试验结果进行比较,研究发现:模型计算曲线与试验曲线吻合度较高,模型计算曲线能够反映冻土从初始变形状态到稳定变形状态的变形特性,能准确预测压缩变形曲线的变化趋势,且改进S-M模型涉及参数较少,实际应用价值高。
随着寒区高等级道路工程等基础设施的建设,迫切需要对冻土压缩特性和静止土压力系数（K0系数）开展试验研究,但目前缺乏开展相关研究的专用仪器。本文基于融土侧限压缩试验的原理,结合冻土力学性质受温度控制的特性,自主研发了冻土侧限压缩试验仪。该仪器采用冷却罐内冷液循环和冷却罐外恒温箱实现二级控温,控温范围为-50℃至90℃,控温精度达±0.1℃;采用全数字伺服测控器实现温度闭环控制;采用高性能负荷框架结构,刚度大、重量轻,保证仪器在大荷载下平稳运行。利用该仪器对冻结饱和标准砂进行侧限压缩试验,试验结果验证了仪器可靠性。本仪器能准确快捷地测定冻土静止土压力系数和压缩性参数,是研究冻土力学特性并服务于寒区岩土工程建设的有力工具。