冻融循环过程是高纬度寒区一种典型特殊现象，冻融循环作用使土壤结构发生改变。以东北典型地区耕地黑土为研究对象，通过室内模拟冻融试验，设置20%、24%、28%(W1、W2、W3)3个土壤初始质量含水率，0、30、60和90 mm(L0、L1、L2、L3)4个积雪深度，共计12组试验。整体采用-16～4℃，-12～8℃，-8～12℃，-4～16℃梯度冻融循环温度，每个冻融温度循环2次，共8次冻融过程。分别测定不同处理下冻融循环对土壤结构影响。结果表明，(1)土壤孔径分布在冻融作用下发生改变，而土壤初始含水率的增加使冻融后土壤大孔径含量增加与极微孔径含量减少受抑制，同时冻融后土壤极微孔径随积雪深度增加而增加，大孔径随积雪深度增加而减少，其余孔径波动小。(2)冻融作用减小土壤粒径，土壤初始含水率增加抑制冻融作用下微团聚体向黏粉粒转变，而初始含水率继续增加则使土壤粒径整体向微团聚体转变。(3)冻融作用改变土壤稳定性，其中平均质量直径（Mean weight diameter,MWD）、几何平均直径（Geometric mean diameter,GMD）、>0.25 mm水稳性团聚体含量（...

结合G215线柳园至敦煌段盐渍土地区冻胀的基本情况，对温度下降时的盐渍土冻胀及其影响因素进行了研究。研究内容包括盐渍土在温度从10℃下降到-35℃时的冻胀规律、压实度及含水率对冻胀率的影响规律等。其中压实度分别设置85%、90%、95%等3种工况，而含水量则取用了19%、23%、27%等3种含水量。研究结果表明：土体的温度由0℃下降到-10℃阶段土体冻胀量增加最快，当土体的温度下降到-20℃以后，再降低温度对土体冻胀量的增加则作用不大；当土体的压实度和含水率增大时，都会导致土体的冻胀量增大。研究结果对类似环境条件下的冻胀问题的处理及防治，具有一定的指导意义。

为研究含水率对冻结砂土强度和变形特性的影响,在不同含水率的条件下进行人工冻结砂土无侧限抗压强度试验。试验结果表明:冻结砂土的应力-应变曲线均表现出应变软化的特性,当含水率介于10%～20%时,冻结砂土的峰值应力、峰值应变和弹性模量随含水率的增大而增大;当含水率大于20%时,含水率的增大会弱化冻结砂土抵抗破坏变形的能力;冻结砂土的弹性模量与无侧限抗压强度线性相关,二者的比值介于6.01～13.76之间。提出了对于应变软化的应力-应变曲线损伤模型,将该模型计算结果与试验结果对比,发现损伤模型能够很好地预测冻结砂土的本构关系。基于Weibull分布的损伤本构模型能够准确地预测出冻结砂土的强度和变形特性。

中俄原油管线漠河—大庆段管道工程50%左右为多年冻土区，土体的冻胀对工程的危害性很大，会导致道路发生冻融破坏，铁轨及房屋的不均匀沉降，以及输油管线的破坏。因此，本文研究了不同地形地貌的冻土天然含水率对其冻胀性的影响，提出了不同地貌冻土的冻胀等级与含水率的关系。研究结果发现土体的含水率、颗粒大小、温度、矿物成分等因素对于冻土冻胀性均有影响，而土中的含水率对土冻胀性的影响最大，为了防止这些工程灾害的出现，对冻土冻胀性的研究具有深远意义。

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀演化机制是影响其运营安全的关键科学问题。为探究冻结圈围岩的冻胀力演化规律，开展含水围岩低温冻结作用下三维地质力学缩尺模型试验；采用环境冷气进入洞内降温的方式，模拟隧道洞口段围岩温度场分布特征；利用微型压力传感器对含水围岩在低温冻结过程中的冻胀力进行实时动态监测，以获取不同含水率和冻结圈厚度围岩下的冻胀力时空演化曲线。采用多元回归分析方法，建立围岩冻胀率、冻结圈厚度与含水率等参数的拟合计算式；据此建立平面应变状态下考虑围岩含水率和围岩比重指标的冻结圈围岩冻胀力理论解。采用热应力方法模拟冻胀力演化特征，对冻胀力的理论计算值和模型试验测试值进行对比分析，进一步验证试验方法和理论解的合理性。研究结果表明：围岩温度场呈三阶段变化特征以及类似带柄状“正勺”形状分布规律；含水围岩温度场的下降阶段呈非线性分布特征；围岩温度表现出滞后于环境温度变化的趋势。不同含水率和冻结圈厚度下的冻胀力演化规律曲线形态类似，表现为孕育-发展-稳定变化特征。冻胀力理论解与现场实测数值偏差19.7%,与数值解、试验值偏差均在0～20%之间，所提出的冻胀力理论计算方法可为围岩含水率为0～60%范围和...

依托宁波地区甬舟铁路金塘海底隧道工程，针对隧道洞身范围的粉土和粉质黏土，在不同温度和不同含水率条件下进行冻土抗折强度试验，研究人工冻土抗折强度随温度和含水率变化的规律特征。结果表明：粉土和粉质黏土冻土抗折强度均随冻结温度的降低而增大，冻土抗折强度受冻结温度影响明显；不同含水率对粉土和粉质黏土抗折强度有一定影响，粉土试样在含水率为30%时，其抗折强度最大，粉质黏土试样在含水率为34%时，其抗折强度最大；当土层的含水率超过饱和最优含水率时，冻结土的抗折强度减小。试验结果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供科学指导。

高山草甸区域内道路冻胀、翻浆等病害大量发生,水分迁移是产生冻胀翻浆病害的主要原因。为了研究初始含水率、细颗粒含量及入流通量对非冻结路基土中水分迁移的影响。依托拉妥至芒康公路改建工程,进行室内试验。结果表明:当土体处于最佳含水率时,不同细颗粒含量的土样毛细水上升高度不同;在一定细颗粒含量范围内,土体总入流量及入流通量随细颗粒含量的增加而增大;当初始含水率为11%时,细颗粒含量为19%的土样总入流量随时间变化曲线表现为"S"形,而细颗粒含量为22%的土样却表现为拱形,说明土样总入流量随时间变化曲线随着细颗粒含量的增加,土样同样出现滞后现象。土体总入流量及入流通量与初始含水率成反比,总入流量随时间变化曲线由拱形变化为"S"形。结果表明高山草甸区的最低路基填筑高度控制在1.5 m以上,能有效防治路基冻胀翻浆。研究成果可对西藏高山草甸区公路建设与养护提供科学的依据和指导意义。

为研究季节冻土区含砂低液限黏土在不同埋深地下水补给时的单向冻融过程,采用由箱体、制冷/热系统和地下水补给系统等构成的冻融系统装置,对大尺寸土体模型进行单向冻融试验。试验结果表明:在冻融过程中,各土层平面的温度、含水率与冻融量均分布不均匀,且三者之间相互影响;在地下水补给下,土体的冻胀量大于融沉量,且融沉时长小于冻胀时长;不同埋深地下水对冻融的影响主要表现在对土体冻前初始含水率的影响,进而影响温度梯度和冻结锋面的变化,进一步影响未冻水的迁移、冻胀量和融沉量等发展,因此,冻融作用为温度场、水分场和位移场等复杂的多场耦合作用的结果。

季节性冻土地区基础计算过程中需要考虑切向冻胀力和法向冻胀力,防止受二力影响使建(构)筑物产生破坏。对于是否考虑冻胀力应根据土的含水率、土壤类别、冻土层厚度等现场条件综合评判,不能局限于规范的规定。结合工程建设实例,分别在规范计算取值和现场试桩两种情况下,对季节性冻土地区光伏灌注桩长度进行研究,对比分析了在施工工期、造价成本的差别,为后续类似项目提供借鉴。

【目的】阐明新疆干旱区冻融土壤的水热耦合关系,建立在冻结融化过程中土壤水热耦合模型。【方法】以土壤水动力学、冻土物理学和统计学为理论基础,利用土壤水分与温度测量系统对不同土层深度土壤的温度和湿度进行测量,比较土壤含水率和温度随时间与深度的变化情况,研究了新疆典型干旱区细土平原区与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同土层深度土壤在冻结期、融化期的水热变化特征。【结果】土壤冻结融化过程中,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本一致,但随着土层深度增加,土壤温度和含水率的变化趋势均在逐渐减弱;深层土壤的液态含水率在冻结融化过程中基本不随环境温度升降发生变化,浅层5、20 cm土层的温度和含水率之间具有耦合效应。【结论】季节性冻土的水分和温度之间具有耦合效应。