为了研究冻结过程中，初始干密度、初始含水率对冻土强度和刚度的影响，在-10℃的条件下，对不同初始干密度、初始含水率的冻土试样进行声波测试，观察冻结过程中纵波波速的变化。试验结果表明，黏质粉土在冻结过程分为三个阶段，分别为缓慢上升阶段、快速爬升阶段以及稳定阶段，冻结能显著提高试样的纵波波速；随着初始含水率的增加，试样的峰值波速逐渐增加，冻结过程中波速上升速度逐渐加快；初始干密度越大，试样的密实程度越高，冻结时的峰值波速也越大，但波速上升速度几乎相同。

为明确大空隙沥青混合料在寒区服役环境下的损伤规律，研究采用宏观损伤试验和细观定量分析技术[无损CT扫描和Image-Pro Plus(IPP)图像处理技术]相结合的方法，对寒区冲刷、堵塞和冻融作用下OGFC-13和OGFC-16的性能和细观空隙结构特性进行了分析。结果表明：在动态水压冲刷作用下，空隙率为25%的试件强度降幅明显，最大降幅达到30%以上；在极端堵塞试验中，堵塞物最大堵塞深度达到20 mm左右，堵塞后的渗透系数均小于0.06 cm/s;冻融作用下，混合料的损伤度随循环次数而升高，而OGFC-13损伤度低于OGFC-16,且在23%的孔隙率下损伤度最低；细观空隙结构定量分析显示，混合料空隙率在冻融和冲刷作用下会略微升高，在堵塞状态下会大幅降低；孔隙数量变化趋势与孔隙率相反，孔隙特征表现为其等效直径均以1.18～4.75 mm为主，约占空隙数量的50%。本项研究得出了寒区大空隙沥青混合料宏观性能和细观空隙结构衍化规律，可为寒冷地区大空隙混合料设计提供技术支撑。

相比常规岩体，高寒区冻融环境下岩体的力学参数及破碎特征均存在显著变化，其矿岩爆破开挖也难以直接应用传统设计参数，开展冻融环境下的爆破工艺参数研究具有重要意义。研究以巨龙铜矿为依托，在分析冻融循环对岩石力学特性影响的基础上，开展了冻融环境下矿岩的单孔和双孔同段爆破漏斗试验，测定了爆破漏斗几何参数和块度分布，采用拟合方法确定了爆破设计的合理参数，并对比分析了该矿山四种不同岩性条件下的爆破漏斗参数变化。结果表明：冻融循环作用下岩体力学特性显著衰减，单轴抗压强度和弹性模量下降幅度可达40.6%、54.0%;不同岩性条件下冻融矿岩的单孔爆破最佳埋深比为0.678～0.789,最佳药包埋深与漏斗半径比值分布在0.875～1.076范围内。针对知不拉矿区炮孔孔径152 mm,矽卡岩孔网参数为4.5 m×3 m,炸药单耗0.56 kg/m3;凝灰岩孔网参数为5 m×4 m,炸药单耗0.63 kg/m3;针对巨龙矿区孔径310 mm,凝灰岩爆破孔网参数为7 m×5 m,炸药单耗0.61 kg/m3;花岗斑岩孔网参数为8 m×5 m,炸药单...

膨胀性渠基土性质受外部环境影响易发生劣化，由此造成膨胀土渠道边坡失稳破坏。为解决这一难题，人们采用粉土质砂对膨胀性渠基土进行换填。本文开展湿干循环、冻融循环及湿干-冻融耦合循环下粉土质砂换填料三轴剪切试验，研究粉土质砂换填料的应力-应变关系、弹性模量、破坏强度和抗剪强度指标的变化特征，对比分析粉土质砂换填料与膨胀泥岩的力学特性，从颗粒级配的角度揭示粉土质砂换填料强度演化特征的形成机理。研究结果表明：湿干循环、冻融循环和湿干-冻融耦合循环过程使得粉土质砂换填料的力学性能指标出现一定程度的衰减，其衰减幅度为0.3%～10.0%，显著低于膨胀性渠基土的最大衰减幅度(约40%)；相较于膨胀性渠基土，寒区复杂环境下粉土质砂换填料的力学性质更加稳定；粉土质砂换填料的颗粒级配受湿干循环、冻融循环和湿干-冻融耦合循环的影响程度较低，可见复杂环境下粉土质砂换填料的内部结构较稳定。

为研究冻融作用下含不同冲击损伤砂岩的动力学特性,对完整及不同初始损伤的泥质粉砂岩进行冻融后开展冲击加载试验,研究冻融作用对含初始损伤泥质粉砂岩的宏观动力学性能和损伤演化规律。结果表明:含初始损伤砂岩的纵波波速、弹性模量与冻融周期呈负相关;含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级初始损伤砂岩的纵波波速随冻融周期的增大分别下降了8.1%、11.9%、11.2%、16.8%,初始损伤等级越高的砂岩在冻融作用下纵波波速下降幅度越明显;冻融损伤和初始损伤耦合作用下砂岩弹性模量的变化速率逐渐增加,抵抗形变的能力逐渐下降,塑性逐渐增大;在冻融作用下含初始损伤砂岩的动态抗压强度与应变率呈指数衰减;初始损伤的存在加剧了冻融损伤对岩石的劣化作用,加快了砂岩自身宏观动力学性能的弱化速率。

为研究冻土在复杂应力路径下的力学性质，利用自主研发的冻土真三轴仪，研究了温度和中主应力系数b_f对冻结砂土强度和变形特性的影响。试验结果表明：不同试验条件下的偏应力–大主应变曲线均表现出应变硬化的特性。当0≤b_f≤0.5时，破坏强度随b_f的增加而增加，当b从0.5增长到1时，破坏强度表现出降低的趋势，且b_f>0时的强度均大于bf=0的强度。强度随着温度降低呈现出线性增长规律。随着b_f的增加，中主应力方向上的变形由膨胀向收缩转变；小主应力方向始终产生膨胀变形，且变形速率加快；体应变均表现出先剪缩后剪胀的特性。应力水平在30%～95%区间内的试验点适用于计算Duncan-Chang模型参数。

2013年以来,随着寒冷地区资源开发利用与工程建设规模不断扩大,国内外冻融岩石力学研究发展迅速。论文以2013～2020年Web of Science和CNKI数据库收录的冻融岩石力学领域相关论文为数据源,使用文献可视化软件CiteSpace构建了国内外冻融岩石力学研究的关键词共现网络、热点知识演进时区视图和发文高产机构知识图谱,并进行了图谱可视化分析。结合统计结果与知识图谱研究发现:(1)国内外冻岩力学研究处于快速发展阶段,参与国家和创新性研究成果逐年增加,研究状态火热;(2)论文在核心期刊与研究机构中的分布集中度较高,企业、科研院所课题研究参与度较低,难以发挥"产学研"综合优势;(3)热点研究可概括为冻融岩石多尺度力学损伤特性、裂隙岩体冻融损伤机制、岩石本构模型及数值模拟研究;(4)岩石多场耦合作用、成熟研究成果的工程转化运用将是后续研究的重点关注方向。

以青海典型黄土隧道为背景,考虑隧道洞口段围岩的水热耦合环境,以含水率16%,18%黄土作为围岩材料,以有机玻璃为衬砌和洞门材料,进行相似比1∶50的寒区隧道洞口段室内模型试验,对冻胀作用下衬砌应力进行分析,并采用数值模拟方法对冻结过程进行温度场-应力场耦合计算。结果表明:2种含水率下围岩温度变化规律相似;随着含水率增大,围岩温度下降速率变快,衬砌切向应力和径向应力均增大;距温度加载位置越近,围岩温度下降速率越快;数值模拟结果与模型试验存在一定误差,但变化规律一致。

为研究冻融作用对重载铁路路基粉土填料静动力学特性的影响,对冻融前后神朔铁路粉土填料进行了静动三轴剪切试验。试验结果表明:该粉土的动、静强度均随着冻融次数的增加而逐渐减小;当冻融次数相同时,试样的静强度大于动强度;动、静黏聚力随冻融次数先减小后趋于稳定,而动、静内摩擦角随冻融次数先增大后趋于稳定;试样的静黏聚力小于动黏聚力,静内摩擦角大于动内摩擦角;该粉土的动初始弹性模量随冻融次数先降低后趋于稳定,而静初始弹性模量随冻融次数先增大后趋于稳定;当冻融次数相同时,试样的动初始弹性模量大于静初始弹性模量;冻融后试样的等效剪切模量小于未冻融试样;冻融作用对该粉土的等效剪切模量的影响主要集中在前5次冻融循环。

对高原冻土地区典型冻土工程特性予以研究,从冻土各组分作用机制、冻土内的物质迁移特性、温度造成冻土的融沉与冻胀及冻土主要强度指标及其影响因素等方面进行论述,对测定冻土土动力学参数的常用温控动三轴仪系统及其操作方法予以介绍,以期为高原冻土地区的冻土研究及建筑物设计施工提供理论基础。