[研究目的]冻胀是季节性冻土区路基工程普遍存在的危害，系统地研究季冻区典型土类的冻胀规律可有效地为冻胀防治提供科学支持。[研究方法]本文基于原位钻探采取未扰动原状粉质黏土为研究对象，采用多通道光纤光栅测温系统监测冻结封面移动，采用单因素冻胀试验设计方法，开展-5℃、-15℃、-25℃温度梯度下封闭/开放系统冻结对比试验，探讨了不同水分条件对冻胀的特性，筛选了更大范围的原状土样的天然初始含水率，对冻胀率变化趋势进行了整体把握，主要结论补充完善了前人的研究结果，在封闭系统条件下变化趋势基本相同，但在开放系统下冻胀率的在变化趋势上、变化界限点和极值点上存在差异，同时构建了关于两种因素影响下的冻胀预测方程。[研究结果]结果表明：初始含水率和补水条件都对冻胀率有显著影响，封闭系统条件下，土体随着初始含水率的增大，冻胀率呈现先增大后趋于稳定的变化规律，开放系统呈现抛物线响应，不同补水系统条件下冻胀率相差2～5倍，决定原状粉质粘土的冻胀特性内在本质因素是其结构性。[结论]提出临界含水率（开放系统24%、封闭系统31%）控制指标与冻胀预测方程，可为地下水活动频繁的季节性冻土区工程中粉质黏土冻胀防治与冻...
[研究目的]冻胀是季节性冻土区路基工程普遍存在的危害，系统地研究季冻区典型土类的冻胀规律可有效地为冻胀防治提供科学支持。[研究方法]本文基于原位钻探采取未扰动原状粉质黏土为研究对象，采用多通道光纤光栅测温系统监测冻结封面移动，采用单因素冻胀试验设计方法，开展-5℃、-15℃、-25℃温度梯度下封闭/开放系统冻结对比试验，探讨了不同水分条件对冻胀的特性，筛选了更大范围的原状土样的天然初始含水率，对冻胀率变化趋势进行了整体把握，主要结论补充完善了前人的研究结果，在封闭系统条件下变化趋势基本相同，但在开放系统下冻胀率的在变化趋势上、变化界限点和极值点上存在差异，同时构建了关于两种因素影响下的冻胀预测方程。[研究结果]结果表明：初始含水率和补水条件都对冻胀率有显著影响，封闭系统条件下，土体随着初始含水率的增大，冻胀率呈现先增大后趋于稳定的变化规律，开放系统呈现抛物线响应，不同补水系统条件下冻胀率相差2～5倍，决定原状粉质粘土的冻胀特性内在本质因素是其结构性。[结论]提出临界含水率（开放系统24%、封闭系统31%）控制指标与冻胀预测方程，可为地下水活动频繁的季节性冻土区工程中粉质黏土冻胀防治与冻...
[研究目的]冻胀是季节性冻土区路基工程普遍存在的危害，系统地研究季冻区典型土类的冻胀规律可有效地为冻胀防治提供科学支持。[研究方法]本文基于原位钻探采取未扰动原状粉质黏土为研究对象，采用多通道光纤光栅测温系统监测冻结封面移动，采用单因素冻胀试验设计方法，开展-5℃、-15℃、-25℃温度梯度下封闭/开放系统冻结对比试验，探讨了不同水分条件对冻胀的特性，筛选了更大范围的原状土样的天然初始含水率，对冻胀率变化趋势进行了整体把握，主要结论补充完善了前人的研究结果，在封闭系统条件下变化趋势基本相同，但在开放系统下冻胀率的在变化趋势上、变化界限点和极值点上存在差异，同时构建了关于两种因素影响下的冻胀预测方程。[研究结果]结果表明：初始含水率和补水条件都对冻胀率有显著影响，封闭系统条件下，土体随着初始含水率的增大，冻胀率呈现先增大后趋于稳定的变化规律，开放系统呈现抛物线响应，不同补水系统条件下冻胀率相差2～5倍，决定原状粉质粘土的冻胀特性内在本质因素是其结构性。[结论]提出临界含水率（开放系统24%、封闭系统31%）控制指标与冻胀预测方程，可为地下水活动频繁的季节性冻土区工程中粉质黏土冻胀防治与冻...
为解决人工冻土水分迁移规律不明确等问题,基于两端控温的开放系统水分迁移试验,对不同影响因素下的人工冻结水分迁移量进行了定量研究。试验结果表明:上覆荷载是影响水分迁移的最显著因素,其次分别为含水率和冻结温度。土体水分迁移量随着上覆荷载的增大而减小,冻结温度为-28℃、土体含水率为25%时,上覆荷载增加1 kPa,水分迁移量减小约0.8%。土体水分迁移量随着初始含水率增大而增大,冻结温度为-28℃、上覆荷载为71.44 kPa时,土体含水率增加1%,水分迁移量增加约1.7%。土体水分迁移量随着冻结温度的降低而增大,土体含水率为25%、上覆荷载为71.44 kPa时,冻结温度降低1℃,水分迁移量增加约4%。分层测定了试样未冻土含水率,得出未冻土区含水率略有降低,开放系统中未冻土主要承担水分迁移通道的作用。研究成果可以为富水地层人工冻结水分迁移量估算提供参考,也可为冻胀引发上覆地层计算模型提供依据。
为解决人工冻土水分迁移规律不明确等问题,基于两端控温的开放系统水分迁移试验,对不同影响因素下的人工冻结水分迁移量进行了定量研究。试验结果表明:上覆荷载是影响水分迁移的最显著因素,其次分别为含水率和冻结温度。土体水分迁移量随着上覆荷载的增大而减小,冻结温度为-28℃、土体含水率为25%时,上覆荷载增加1 kPa,水分迁移量减小约0.8%。土体水分迁移量随着初始含水率增大而增大,冻结温度为-28℃、上覆荷载为71.44 kPa时,土体含水率增加1%,水分迁移量增加约1.7%。土体水分迁移量随着冻结温度的降低而增大,土体含水率为25%、上覆荷载为71.44 kPa时,冻结温度降低1℃,水分迁移量增加约4%。分层测定了试样未冻土含水率,得出未冻土区含水率略有降低,开放系统中未冻土主要承担水分迁移通道的作用。研究成果可以为富水地层人工冻结水分迁移量估算提供参考,也可为冻胀引发上覆地层计算模型提供依据。
为解决管幕+冻土复合结构在大体量冻结工程应用时冻胀规律不明确、控制效果不稳定等难题,基于上海轨道交通18号线江浦路车站管幕冻结暗挖工程进行了开放系统下的模型试验。通过对不同影响因素下的管幕冻结冻胀特性和管幕受力规律进行试验研究,得出以下结论:1)管幕可以对冻胀产生较好的约束作用,管幕+错峰冻结可以有效避免上覆土体及结构抬升; 2)间歇冻结后管幕受力曲线根据间歇时间呈现规律性锯齿波动,停冻3、5、7 d后,管幕所受冻胀压力分别可以减少约40、50、60 MPa,表明采用间歇冻结可以有效降低冻胀压力; 3)上覆地层压力越大,管幕受冻胀压力越小,较大的上覆压力可以约束冻胀的发展。
为解决管幕+冻土复合结构在大体量冻结工程应用时冻胀规律不明确、控制效果不稳定等难题,基于上海轨道交通18号线江浦路车站管幕冻结暗挖工程进行了开放系统下的模型试验。通过对不同影响因素下的管幕冻结冻胀特性和管幕受力规律进行试验研究,得出以下结论:1)管幕可以对冻胀产生较好的约束作用,管幕+错峰冻结可以有效避免上覆土体及结构抬升; 2)间歇冻结后管幕受力曲线根据间歇时间呈现规律性锯齿波动,停冻3、5、7 d后,管幕所受冻胀压力分别可以减少约40、50、60 MPa,表明采用间歇冻结可以有效降低冻胀压力; 3)上覆地层压力越大,管幕受冻胀压力越小,较大的上覆压力可以约束冻胀的发展。
Winkler冻土地基模型无法考虑土弹簧间相互作用，且需要预先假定切向冻结力分布。为克服这些不足之处，在现有模型基础上引入Pasternak剪切层反映冻土-衬砌间法向相互作用，引入切向弹簧组成的接触界面层反映冻土-衬砌间切向相互作用，构建考虑双重剪切的梯形渠道Pasternak双参数冻土地基模型。以塔里木灌区某渠道为例计算衬砌冻胀变形，并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行对比。结果表明：与材料力学法、Winkler模型相比，该文模型计算值更接近观测值。根据该模型估算的衬砌板易开裂范围也与灌区现场调查结果相符，表明模型适用性。通过参数研究分析了界面切向刚度kx对各处切向位移及切向冻结力分布的影响。结果表明：kx越小时，切向位移与切向冻结力趋于线性分布；kx较大时，两者均偏离线性分布且kx越大偏离越明显，线性分布假设不再适用。该模型可较充分地反映冻土与衬砌板间接触界面相互作用的基本特征，从而有效提高模型的计算精度。
Winkler冻土地基模型无法考虑土弹簧间相互作用，且需要预先假定切向冻结力分布。为克服这些不足之处，在现有模型基础上引入Pasternak剪切层反映冻土-衬砌间法向相互作用，引入切向弹簧组成的接触界面层反映冻土-衬砌间切向相互作用，构建考虑双重剪切的梯形渠道Pasternak双参数冻土地基模型。以塔里木灌区某渠道为例计算衬砌冻胀变形，并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行对比。结果表明：与材料力学法、Winkler模型相比，该文模型计算值更接近观测值。根据该模型估算的衬砌板易开裂范围也与灌区现场调查结果相符，表明模型适用性。通过参数研究分析了界面切向刚度kx对各处切向位移及切向冻结力分布的影响。结果表明：kx越小时，切向位移与切向冻结力趋于线性分布；kx较大时，两者均偏离线性分布且kx越大偏离越明显，线性分布假设不再适用。该模型可较充分地反映冻土与衬砌板间接触界面相互作用的基本特征，从而有效提高模型的计算精度。
土体的冻胀会引起地表不均匀变形，导致大量建筑及设施被破坏，一直以来人们都通过研究冻胀机理来探索抑制冻胀产生与发展的方法。采用粉质黏土为重塑土样，模拟冻胀条件为开放系统下的一维冻胀条件，采用控制冻结深度的间歇冻结模式对不同初始含水率和不同最低冻胀温度的土样进行冻融循环模拟后，对最终冻胀量进行测试。试验结果表明，初始含水率与试样冻胀量呈正比关系，温度与最终冻胀量呈反比关系。