冻结法施工是目前富水地层地铁联络通道施工的主要方法。依托地铁盾构隧道联络通道工程实例，探究冻结法施工过程中粉砂层冻胀和融沉机理，并通过隧道变形监测数据分析联络通道冻结法施工对隧道的影响。结果表明，冷冻施工过程的冻胀效应及后续融沉灌浆过程会造成附近隧道拱顶上浮和水平收敛变小，但对隧道拱底的沉降影响相对较小，及时进行融沉灌浆能够有效降低对隧道结构的影响。
针对寒区隧道衬背脱空积水冻胀可能严重危害行车安全的问题，开展了考虑排泄条件的隧道衬背脱空积水冻结模拟试验，在试验中引入了地下水补给/排泄通道，明确了2类脱空积水冻胀机制；使用数值模拟软件ANSYS建立了衬背脱空积水冻胀数值模型，揭示了脱空处冻胀力对衬砌结构承载特性的影响；通过在虎峰岭隧道进行温度监测，得到了纵向温度分布，建立了衬背脱空底部温度求解模型，分析了衬砌表面温度与脱空底部温度的对应关系，并提出了衬背脱空积水冻胀高发段落预测方法。研究结果表明：水的补给/排泄通道不冻结的脱空处不会产生冻胀力，通道先冻结的脱空处会产生较大冻胀力，当冻胀力大于围岩压力时，冻胀力会沿初期支护与二次衬砌的接触面释放，向压力较小的地方消散；无冻胀力时隧道衬砌结构拱顶脱空中线部位的沉降最小，冻胀力对脱空部位的沉降有显著影响；在隧道横断面上，距脱空中线部位越远，冻胀力引起的位移越小，在隧道纵向上则无明显差异；随着脱空内冻胀力的增加，隧道衬砌结构会出现相对隆起以及与衬砌结构整体受力这2种受力状态，脱空部位混凝土则由全截面受压逐渐变为局部受拉；当脱空底部日周期温度波动幅度在1℃以上，且以脱空底部温度-5 ℃作为脱空...
为研究季节性冻土区扩底桩锚固特性,采用决定系数对水-热-力耦合模型的合理性进行评价,对比分析单向冻结条件下扩底桩和直桩的冻拔变形、切向冻胀力、锚固力和锚固因子.结果表明,模型计算得到的冻拔量及冻结深度规律与试验数据基本一致,验证了模型的正确性和可靠性.冻结过程中,扩大头所产生的最大锚固力较直桩相同部位所产生的最大摩阻力提升140%.为衡量扩底桩锚固性能,将扩大头的锚固力与切向冻胀力的比值定义为抗冻拔锚固因子,扩底桩锚固因子随冻结深度的变化规律近似于指数分布,直桩锚固因子呈线性变化.
为抑制严寒地区桥上无砟轨道冻胀病害进一步发展，通过分析冻胀变化规律和产生原因，提出冻胀病害整治技术，并通过对严寒地区两处轨道冻胀进行现场应用来验证其整治效果。结果表明：严寒地区桥上无砟轨道冻胀集中发生在每年11月至次年4月，冻胀变化包括冻胀上涨、冻胀稳定和冻胀回落3个阶段；桥上无砟轨道冻胀的主要原因有底座与梁面间离缝，伸缩缝嵌缝材料脱落，环境温度低；桥上无砟轨道冻胀整治宜采用切割排水槽+底座与梁面间离缝注浆填充+排水槽回填+伸缩缝嵌缝封闭的方式；整治后，现场整治区域的轨道高低峰值变化小，且未出现轨道高低峰值变化量逐年增大的趋势，整治效果良好。
为研究渠基土在水分与温度变化下的力学特性与冻胀特性变化特征及在水分与温度变化下衬砌渠道的冻胀响应，本文通过对渠基土进行力学特性与冻胀特性试验，研究了不同水分、不同温度条件下渠基土力学特性和冻胀特性的变化规律。并以此为依据，采用有限元数值模拟，基于水热耦合变化，对渠基土冻胀下衬砌渠道冻胀响应进行了研究。结果表明：渠基土力学特性与冻胀特性在水热耦合下呈现出复杂性。温度差异小时，水分差异对衬砌渠道冻胀变形影响小。温度差异大时，水热耦合对衬砌渠道冻胀变形影响显著。-2℃、-12℃下，衬砌渠道最大冻胀变形相较渠道底部变形大54%、70%。温度差异越大，不同温度条件下法、切向冻胀力差距越大。-5℃下最大法向、切向冻胀力相较-2℃大175%、173%,-15℃下最大法向、切向冻胀力相较-5℃大408%、200%。水分差异相较温度差异对冻胀作用影响小。在水热耦合下，渠基土冻胀作用分布具有非均匀性特征且衬砌渠道裂缝发展与分布特征具有一定规律性。温度差异越大，不同水热条件下衬砌渠道冻胀应力差距越大。-6℃下最大冻胀应力相较-4℃大57%。-14℃下最大冻胀应力相较-6℃大183%。温度越低，水分越多，对衬...
正冻土冻胀是寒区工程产生冻害的关键因素，其冻胀过程是水热力相互耦合的动态作用结果，在开放系统中，温度、温度梯度、含水率、水分补给强度等都是影响正冻土冻胀变形的重要因素。冻土冻胀是水分迁移产生的竖直方向分凝冻胀和原位冻胀的共同作用，其冻胀力学特性属于各向异性。本研究参考规范内土体含冰量随冻结的变化过程，考虑泊松比、地下水位深度、降温速率等因素，得到正冻土的在冻结过程中水平与竖直方向的冻胀系数的计算方法，通过对比粉土和粉质黏土的冻胀系数，与试验结果吻合较好。案例中粉土在-0.2～-3 ℃、0.2～1 m范围内竖向冻胀系数为-1.37×10-3～-7.67×10-3，水平向冻胀系数为-0.81×10-3～-4.85×10-3，差值百分比为10.4%～77.7%，说明考虑分凝冻胀产生的各向异性是必要的。本研究提出的水平与竖直方向的冻胀系数计算方法，可以为科研和设计工作提供参考依据。
为了合理分析多冷媒非均质人工冻结壁的力学特性，将冻结壁视为弹性模量和粘聚力随半径呈线性变化的功能梯度材料，并通过引入冻胀系数n来反映冻结壁的冻胀特性，基于不同屈服准则分别推导得出考虑冻胀特性的多冷媒非均质人工冻结壁弹塑性状态下的应力、位移以及塑性区相对半径的隐式方程。计算结果表明：在考虑非均质特性后，基于M-C、D-P、广义Tresca以及双剪统一强度准则计算得出冻结壁的弹性极限承载力分别降低4.01%、4.02%、3.19%、2.57%，而塑性极限承载力分别提高8.13%、8.13%、8.04%、7.95%；进一步考虑冻胀特性后，基于四种屈服准则计算得出非均质冻结壁的弹性极限承载力分别提高6.91%、6.92%、5.93%、5.19%。以M-C准则为例，考虑冻胀特性后，当冻结壁处于弹性极限状态(rc＝1)时，非均质冻结壁内、外缘位移分别增加3.850 cm和17.159 cm；当冻结壁处于弹塑性状态(rc＝1.2)时，非均质冻结壁内、外缘位移分别增加5.544 cm和16.024 cm；当塑性区相对半径1≤rc≤1.2...
为了掌握大直径盾构始发段地层冻结过程中的冻胀变形规律及其对周围环境的影响特征，对上海上中路越江隧道盾构始发冻结工程地层温度、冻胀力及冻胀变形进行现场监测，获得了冻结施工过程中地层内部温度和冻胀力的演变特征，分析了地层及结构物的冻胀变形影响规律。研究结果表明：冻结范围地层全部形成冻土后才会引起地层出现明显变形，积极冻结期间以地层水平方向变形为主，而稳定冻结阶段主要表现为竖向变形；地层内部竖向变形随着埋深增加而线性增大，冻结45 d时深度为16 m处地层竖向最大变形达到88.2 mm，而对应位置地表抬升位移仅为55.4 mm；地层水平变形沿深度方向呈拱形分布，埋深为8 m位置的水平变形最大，冻结45 d时最大变形量为88.3 mm；在冻结过程中，冻结范围两侧最大地表位移达到102.6 mm，而对应位置行车轨道基础位移仅为25.9 mm，约是相应位置地表位移的1/4。地层温度变化及压缩作用会明显影响地层内部冻胀变形过程，而地层变形也会抑制冻结帷幕内部冻胀力的增长幅度。
寒区、严寒区隧道的冻胀是影响隧道全周期寿命的重要问题。围绕某中高纬度的严寒区客运专线建设需要，研究了隧道浅埋洞口围岩冻融圈岩土体不同冻胀率下的衬砌结构力学响应，提出了临界冻胀率条件，即（1）衬砌结构最大拉应力超过材料抗拉强度标准值；（2）衬砌结构发生超过规定的位移值。对于该工程浅埋洞口岩质围岩和土质围岩，判定临界冻胀率分别为2.00%和3.10%，并采取注浆封闭冻融圈输水通道、设置排水盲管、隧道结构铺设保温板等技术措施，保证了洞口运维期的安全。
