我国西北内陆和东南沿海含盐土地区的大规模基础设施建设,促进了含盐冻土物理力学研究的发展。从含盐冻土的强度特征、冻融变形特性、水盐迁移规律以及细微观结构研究等4个方面,简要概述了国内外研究现状,总结了含盐冻土物理力学特性的研究进展。提出人工含盐冻土强度和变形特性研究中需增大试验负温范围,以获得氯化钠二次相变对冻土强度和冻融变形的影响规律;从冻融过程中未冻水含量、土水势、孔隙水压力和盐晶体相变等关键机制入手,研究含盐冻土的变形机理;指出现有测定水分、盐分、基质势和孔隙水压力等传感器不能满足室内试验对尺寸和精度的要求,采用微型化、精确化的传感器进行冻融过程中的水盐迁移参数监测,是建立合理的水-热-力-盐耦合模型的前提;提出可将未冻水含量作为微观尺度的孔径分布与宏观强度特性和水盐迁移模型联系的纽带,为建立微观与宏观的联系提供一种新思路。

为了研究高山草甸区域贡觉~芒康公路路基土冻融变形特性的影响因素,基于室内冻融循环试验,分析了细粒组含量、初始含水率、冻融循环次数对冻融变形的影响规律及程度。试验结果表明:冻胀率、融沉系数均随细粒组含量、初始含水率及冻融循环次数的变化呈正相关趋势;设计路基土级配时,细粒组含量宜控制在19%以内,初始含水率控制在最佳含水率即9.1%左右;各影响因素对路基土冻胀率、融沉系数的影响程度分别为初始含水率>细粒组含量>冻融循环次数、初始含水率>冻融循环次数>细粒组含量。

为研究季节性冻土区高速铁路路基修筑后冻融变形的分布规律,考虑冰水相变的作用,采用热弹性力学理论推导出冻土路基应力和变形的二维数值方程,建立路基力学有限元模型,实现路基温度场和变形场的耦合连续计算。而后考虑路基填土的不同冻胀率,研究哈尔滨—大连(哈大)高速铁路路基冻融过程中的变形和应力分布规律。计算结果表明:随着冻胀率的增大和冻深的发展,季节性冻土地区的路基竖向位移、横向差异变形、横向位移及拉应力等随之增加。路基表面的竖向位移有可能超过高速铁路路基变形允许值,并且路肩和边坡处可能在冻融过程中出现拉破坏而导致裂缝。进一步的分析表明:路基中水分重分布引起的土体冻胀率、融沉压缩系数等的变化是影响季节性冻土地区哈大高速铁路路基变形稳定性的主要原因。

对青藏铁路沱沱河试验段两座拼装式涵洞进行了地基地温及冻融变形监测,分析了涵洞多年冻土上限处的地温变化及地基的冻融变形特征。结果表明:涵洞地基的变形随地温的年波动变化,可分为冻胀和融沉两部分。冻胀变形小于下沉变形,涵洞基础的变形整体上表现为渐减沉降的特征;铁路路基及涵洞的修建改变了多年冻土原来的水热平衡,使涵洞多年冻土上限处地温产生正温波动,冻土上限产生变化,导致了涵洞地基土体沿涵洞纵向的不均匀变形。