为了揭示高寒地区厚煤层上冻土体冻融循环破坏特征，以高寒地区厚煤层上冻土体为研究对象，采用电液伺服岩石单轴实验机进行岩石力学试验，利用非金属超声波检测仪测试人工试件波速，得到了在不同含水量下冻融循环次数对于冻土体结构、峰值强度、弹性模量以及裂隙发育的影响特征。研究结果表明，随着冻融循环次数增加，一定含水率条件下的人工冻土试件的峰值强度-冻融循环次数和弹性模量-冻融循环次数的拟合函数关系曲线均为“开口向下”的抛物线，弹性模量以及峰值强度的降幅取决于应变累积速度以及损伤发展速度；随着冻融循环次数增加，人工冻土试件的波速逐渐减小，即内部孔隙、裂隙发育状况良好。从细观力学角度分析，历经数次冻融循环后，冻土渗透系数逐渐增大，水分迁移速度加快，冻胀力作用效果明显，细颗粒土逐渐被压实，同时产生大量的新生微裂隙，孔隙率逐渐增大。
在全球气候变暖背景下,寒区季节冻土环境变化对陆地表面与大气之间的物质与能量交换、陆地景观格局演化的影响十分剧烈。摸清季节冻土的分布格局及其时空变化对开展寒区自然科学研究、保障生态环境和人类生产活动安全均具有重要意义。经过数十年的发展,冻土遥感技术和冻土物理学取得了长足的发展。然而,当前冻土研究成果在区域尺度下灾害风险评估与防控领域中的应用仍处于较低水平。针对冻土研究成果在应用中的短板,以青藏高原东南缘的高山峡谷区及其周边地区为研究区,重点解决地表土壤冻融循环及其水热传输过程的系统性表达,建立了适用于青藏高原高海拔冻土区的空间全分布式的冻土水热耦合过程数值模型,分析了研究区2010—2020年的冻土系统演化过程。在此基础上,构建了地表土壤冻融作用的空间参数化表征方法,提出冻融作用对土体抗剪强度的损伤系数。研究表明,青藏高原东南缘季节冻土随气温升高变化剧烈,表现出较强的空间异质性。季节冻土除了周期性冻融循环外,总体呈退化趋势,为冻融作用下岩土体结构抗剪强度的变化增加了更多不确定性。最后,利用土体抗剪强度损伤系数,从时间变化和空间分布角度揭示了地表土壤冻融作用对冻土边坡稳定性的影响程度。土体...
冻土区桩基施工会对土体产生热扰动，融化后的土体回冻时间较长，很大程度降低了桩基的早期承载力。为提高桩体早期热稳定性，往往针对整桩采用单一的回冻措施，缺乏对桩周土体回冻速度差异的考虑，人工干预措施常存在施工不便和成本较高的问题。为解决上述问题，选取了根河至牙克石公路沿线5个钻孔进行地温测试，并分析了土体粒径、含冰率、冻结深度等因素对热扰动后土体回冻能力的影响。试验结果表明，土体粒径相似的情况下，体积含冰率越低，热扰动后的土体回冻速度越快。对于粗颗粒土中的冻结冰，影响回冻速度的主要因素是冻结深度，随着深度的增大，回冻速度先加快后减慢，并在冻结深度的中下部达到回冻速度最大值。细颗粒土的回冻速度也表现出随深度增大而加快的关系，但是明显小于粗颗粒土。地下纯冰层的回冻速度与冻结深度几乎没有关系。在冻结深度相同的情况下，热扰动后的土体回冻速度由快到慢依次为：低含冰率凝灰岩、低含冰率砾石、高含冰率凝灰岩、高含冰率黏土、纯冰层。另外，各测点土体回冻速度最慢的地方均位于冻融界线位置附近。根据本次试验分析，为加快热扰动后桩周土体的回冻，需重点考虑冻融界线深度处及冻结冰含量高的细粒土回冻较慢的问题，在桩基深度...
为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。
根据多年冻土区路桥过渡段路基在竣工后3 a内的现场试验数据,分析了路基不同位置的地温变化、路基基底沉降变形和路基不同位置沿横向及纵向的沉降变形规律。结果表明:采用粗颗粒土填筑的过渡段路基对多年冻土区土体有明显的冷却效果,可防止多年冻土上限的下降;路基阳坡的沉降大于阴坡,而沿路基纵向,距离桥台越远路基沉降越大,但路基沿横向和纵向的沉降均满足工程要求;这种粗颗粒土填筑的路桥过渡段可适用于多年冻土区。
冻胀是冻土材料的一种最为显著特性,冻胀引起土体位移将对周围环境产生危害。通过自行研制的微机控制多功能冻土冻胀试验机对典型粘土进行了四因素三水平正交试验,从试验结果中分析出各因素对土体冻胀率的影响程度的主次顺序。
以长春四平一级公路、长春松原一级公路及长春北某公路3处路基土样为研究对象,通过大量的室内试验数据,结合分形理论,讨论路基土粒度成分的分形结构,计算分形维数,并将分维数作为描述土粒度成分的指标,探讨其与土体冻胀的形式、冻胀量大小的关系。研究表明:分维数较大时易形成分凝冻胀,冻胀量较大;分维数较小时易形成原位冻胀,冻胀量较小。分维数与土的物理力学性质的回归关系表明,分维在一定程度上表征土的工程地质特征。
土体冻融对地下水的储存及释放作用不同于非冻结土体情况下地下水的一般变化规律。因此,开展对季节性冻土区地下水变化规律的研究,将对更好地开发和利用本地区的地下水资源提供可靠依据。本文从分析冻融土体含水量变化的机理出发, 提出了开发利用融土潜流的主要途径。
