通过低温动三轴试验,采用分级加载方式逐级施加动荷载,对不同加载频率、围压和负温条件下青藏冻结黏土和兰州黄土的动应变幅值变化特征进行了试验研究。结果表明,同一级荷载作用下,动应变幅值随振次的增加基本不变,可以采用平均值来反映各级加载下的动应变幅值;不同加载频率、围压和温度条件下,动应变幅值随动应力幅值的变化规律相同,即随着动应力幅值的增加,动应变幅值逐渐增大;动应变幅值随加载频率的增加而减小,但减小的速率逐渐降低,动应变幅值最终趋于一稳定值,对于青藏黏土和兰州黄土,该稳定值均随加载级数的增加而增加;随着围压的增加,青藏黏土的动应变幅值变化不大,而兰州黄土的动应变幅值呈逐渐减小的趋势;动应变幅值随温度的降低而减小。动应力幅值对动应变幅值的影响最大,动荷载振动频率的影响次之,温度的影响第三,围压的影响最小。

基于黏弹性理论,将动态弹性模量的最大值定义为冻土的动模量,通过计算滞回曲线中直线斜率的方法来计算冻土的动模量。通过动三轴试验,对不同频率、围压和负温条件下冻土的动模量随动应变幅的变化规律进行了试验研究,结果表明:在不同频率(0.1～20 Hz)、围压(0.3～2 MPa)和负温(-0.2～-2℃)条件下,青藏黏土的动模量取值范围为393～1749 MPa,兰州黄土的动模量取值范围为101～713 MPa;同一级加载下,动模量随着振次的增加基本不变,可以采用平均值来表征该级加载下的动模量;对于青藏黏土和兰州黄土,不同频率条件下,动模量随动应变幅的增加最终趋于一稳定值,该稳定值随加载频率的增加而增大;不同温度和围压条件下,随着动应变幅的增加,动模量先减小再趋于一个稳定值,该稳定值随围压的变化较复杂,随温度的降低而增大。

在冻土工程中,冻土的融沉性评价是工程地质勘察的主要内容之一,融沉性分类是冻土地基基础设计施工的重要依据.根据345个冻土原状样品融沉压缩试验数据,提出了细砾、砂土、粉土、黏性土、泥炭化黏性土和泥炭质土等6类土的融沉系数-含水量或融沉系数-超塑含水量线性回归方程式,得到与各融沉性分级相应的界限含水量或界限超塑含水量.最后,简述了国内冻土融沉性分类现状,并分细粒土和粗粒土两种情况,将分类成果与国内现行规范冻土融沉性分类进行对比.

冻土可钻性分级指标及分级研究是目前冻土学术界及冻土工程领域研究的重点课题,冻土波速和强度指标下的冻土可钻性分级研究是该课题研究的重要和关键内容。课题组通过对7 a的试验研究数据进行分析,结果表明,对于以冻土波速、压入硬度、抗压强度、抗拉强度为指标分级时,有如下规律:含水率在13%～25%且一定时,-20℃是可钻性的拐点温度;温度在-1～24℃且一定时,含水率在13%～19%区间,冻土可钻性随含水率的增大而降低。温度在-1℃～24℃且一定时,含水率在20%～25%区间,冻土可钻性随含水率的增大而增强。冻土可钻性一般可分为4级,可钻性一级的冻土表现为较强的塑性;可钻性二级的冻土为塑性向脆性过渡阶段的冻土,冻土温度在-20℃以上时,冻土的塑性较强、脆性较弱,冻土温度为-20℃以下的冻土脆性明显增强;可钻性为三级～四级的冻土表现为较强的脆性。

研究目的:(1)处理多年冻土地基有被动保护、主动降温、被动保护结合主动降温、两种主动降温相结合、以桥代路等多种工程结构,各种处理多年冻土地基结构的功效不同。为合理使用处理多年冻土的工程结构,需统筹考虑影响多年冻土工程地质条件的主要因素,对多年冻土的工程地质条件进行分级。(2)根据多年冻土工程地质条件分级及对应的工程结构,估算工程费用,为多年冻土区工程地质选线提供科学依据。研究结论:(1)青藏铁路多年冻土的工程地质条件划分为良好、一般、差、极差四级,分别采用普通路基、单一主动降温措施、两种主动降温措施组合、以桥代路等工程结构通过。青藏铁路自2006年7月通车后,多年冻土区列车以100 km/h速度的平稳运行,证明了多年冻土工程地质条件分级的设想可行,对应采用的工程结构稳定可靠。(2)多年冻土区极差地段以桥代路,估算造价为4 000万元/km,为其他等级地段多年冻土工程费用的4.4～15.4倍,青藏铁路多年冻土区选线时,对多处不同类型的极差地段进行了绕避或以最短的距离通过。

基于低温动三轴试验,研究中国青藏铁路北麓河路基冻结粉质黏土在轴向分级循环荷载作用下的变形特征。在不同负温、频率、围压、含水率条件下,考察冻土试件轴向残余应变时程曲线,获得轴向动应变速率受动应力幅值影响大,并随应力比增大而增大,随负温降低、频率升高、含水率增大而减小,随围压增加而线性增大的结论;据此,提出采用幂函数拟合应力比、负温、含水率、频率与轴向动应变速率之间关系,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。有利于合理预测青藏铁路等实际工程在交通荷载作用下由冻土动力残余变形而产生的沉降量,并对于进一步研究冻土路基列车行驶振陷问题具有重要意义,且为建立冻土疲劳模型积累基础试验成果。

通过地质勘察摸清了伊春至五营公路沿线岛状冻土分布范围、构造、土质和含冰情况。进行岛状多年冻土类型划分及融沉分级。选择合适的方法进行了冻土路基处理。