冻土路基在长期循环荷载下的稳定性一直是研究人员关注的重点。对青藏铁路沿线冻结粉质黏土开展了一系列的循环三轴试验，重点研究了在长期动力荷载作用下与冻土承载性能密切相关的两个指标：临界动应力与动回弹模量。首先提出了一种基于变形控制的临界动应力确定方法，进而研究了围压水平对冻结粉质黏土临界动应力和动回弹模量的影响。结果表明：提高冻土的围压水平可以显著强化其长期动力强度；随着围压的增大，冻土的动回弹模量呈现出上升的趋势。冻土的动回弹模量随振动次数的增加呈现出先减小后增大再趋于平稳的发展规律，而在本文试验加载范围内，动应力幅值对动回弹模量的影响并不显著。

复杂循环应力路径下冻土的变形特性与安定性行为研究对寒区工程的长期稳定性具有重要作用。为分析不同复杂循环应力路径对冻土变形特性与安定性行为的影响，设计不同温度同一水平下的5种循环应力路径，即三轴循环应力路径（TCSP）、定向循环应力路径（DCSP）、圆形循环应力路径（CCSP）、椭圆循环应力路径（ECSP）和心形循环应力路径（HCSP），分析了粉质黏土的轴向累积塑性应变，同时利用3种安定性评价准则对结果进行评估。研究结果表明：不同温度5种循环应力路径下的轴向累积塑性应变满足DCSP>ECSP>HCSP>CCSP>TCSP。安定性评价结果表明，定向循环应力路径对土体的安定性行为影响最大，在3种准则下都属于增量破坏。在-15℃时，心形循环应力路径与椭圆循环应力路径试验结果在Chen-准则评估下也属于增量破坏。

针对冻结法施工中的平面应变问题，利用改进的安徽理工大学冻土真三轴仪进行平面应变试验，分析冻结粉质黏土在不同小主应力和负温条件下的强度和变形特性，建立基于Weibull分布和Drucker-Prager强度准则的冻结粉质黏土损伤本构模型。理论和试验结果表明：同一温度下，不同小主应力下的应力–应变曲线呈现不同程度的硬化特征。破坏强度随小主应力的增加表现出先增后减的规律，随温度的降低呈线性增长的趋势。建立的非线性莫尔–库仑强度准则可以近似描述冻结粉质黏土的强度随小主应力增大而呈现出的非线性变化特征。不同试验条件下小主应力方向的应变均为膨胀变形，体应变均呈现剪缩的特性。随着小主应力的增大，试样的变形模量呈现先增后减的趋势；当小主应力相同时，其值随温度的降低而增大。当温度相同时，破坏时的中主应力随小主应力的增大同样表现出先增后减的趋势。建立的损伤本构模型可以较好地反映复杂应力路径下小主应力和温度对冻结粉质黏土强度和变形特性的影响。

研究动静组合加载下不同负温冻土的强度和变形特性对提高冻土开挖破碎效率、确保冻土工程稳定具有重要的理论和工程意义。借助改进的分离式Hopkinson压杆试验系统,研究了不同负温下人工冻结粉质黏土的静态和动态应力-应变曲线、抗压强度、变形模量和破坏特征。试验结果表明:单轴动态压缩条件下,随着试验温度的降低,人工冻结粉质黏土应力-应变曲线弹性段占比有减少的趋势,峰后下降段逐渐趋于明显;三维动静组合加载下,不同负温冻土的应力-应变曲线均可分为弹性、塑性和破坏三个阶段。人工冻结粉质黏土在冲击荷载作用下的温度敏感性要强于静态荷载,体现冻土的动脆性特征;在冲击荷载作用下,冻土在三维动静组合状态的温度敏感性要弱于单轴状态。动态单轴荷载作用下,不同负温冻土试样均呈粉碎状破坏,而三维动静组合状态下冻土破坏后无明显裂纹。

通过对大庆市季节性冻土区冻结粉质黏土不同含水率下抗剪和抗压力学性能的试验,得到低温度下黏聚力c、内摩擦角φ、抗剪强度及抗压强度与含水率的变化规律,以及最优含水率对其抗剪强度和抗压强度的影响;并对其初始弹性模量进行分析。研究结果表明:冻结粉质黏土的黏聚力c、内摩擦角φ随着含水率的增大呈现出先增后减趋势;其抗剪强度随着含水率的增加呈先增后减最后趋于稳定,且在最优含水率处达到最大值;抗压强度随着含水率的增大呈现先增后减的趋势,在含水率为25%左右时达到最大值,且抗压强度大小与最优含水率无关;其初始弹性模量随着含水率的增加呈现出先增后减的趋势。

温度和含水率是决定冻土性质的两个主要因素.通过开展低温三轴试验,研究了冻结状态下路基粉质黏土在50kPa围压,4个温度水平(-4、-6、-8、-10℃)、4种初始含水率(14. 30%、16. 20%、18. 73%、20. 60%)共计16种工况下的变形及强度等力学性质.结果表明:冻结粉质黏土的应力-应变关系在各温度及初始含水率条件下均呈软化型,随温度降低软化程度减弱;除个别试验点外,温度及初始含水率对试样轴向破坏应变的影响均存在临界值,使破坏应变随其变化先增大后减小;试样初始切线模量受温度的影响要比初始含水率显著,当含水率相同时其值随温度降低而增加,但增速渐缓;含水率相同时,试样三轴抗压强度随温度降低近似线性增大;同一温度下抗压强度随试样初始含水率变化以16. 20%为临界值,其值先增大后减小并趋于稳定.本文提出了考虑温度和含水率条件的冻结粉质黏土抗压强度计算公式,可用于预估冻结粉质黏土的三轴抗压强度.