为了探究渗流和溢流导致的冰碛坝溃决特征，文章通过数值模型和水槽试验对冰川溃决导致的冰湖溃决进行了研究。一是将渗流模型和边坡稳定性模型纳入流动和坝面侵蚀数值模型，并对溃决流量、渗流剖面和坝面侵蚀等的结果进行了模拟，计算出由渗流和溢流引起的冰湖溃决的推理数据；二是进行了水槽模拟实验，对比不同数值模型在水分运动和边坡稳定性分析中的适用性。结果表明，使用van Genuchten函数模拟的水分运动与实验结果更吻合，边坡稳定性分析中考虑负孔隙水压力的模拟破坏面比Janbu简化方法更符合试验结果，考虑渗流和边坡稳定性的流动侵蚀模型可更好地反映渗流和溢流导致的冰碛坝溃决实际。

以上海江浦路车站冻结工程为依托,选取冻结施工影响范围内的主要土层（5）1-1灰色黏土以及上海地区施工中常见的砂性土（7）2灰黄色粉细砂2种类型土层,对不同掺入比下水泥改性土的热物理指标、力学强度特征以及冻融特征进行试验研究,同时根据室内试验结果,采用数值模拟方法分析水泥改性后的冻土整体冻胀对环境的影响。研究结果表明:随着水泥掺入比的增大,黏土、砂土的冻结温度和导热系数线性减小,力学强度线性增大,弹性模量指数增长。水泥黏土和水泥砂土的最优掺入比分别为12.5%和10.0%。经过水泥的改性,黏土的冻胀率和融沉率分别减少了53.5%和55.6%,与水泥土冻胀效应数值分析结果基本一致;粉细砂的冻胀率和融沉率分别减少了41.2%和44.3%,改性效果明显。

季节冻融作用诱发滑坡的机制一直缺少定量化的研究结果，这源于缺少相应的理论模型。为了重构滑坡的变形过程并分析其变形机制，首次基于热力学理论，建立了季节冻土水分、温度和变形相互耦合的数值模型，阐述了水分变化对变形的作用机制。该模型的优点是能够体现冻土边坡中冻融作用引发的水分迁移过程和水分不均匀分布状况，并从水分对土体强度影响的角度来分析边坡稳定性。以2020年8月11日甘肃陇南市白冯村发生的大型滑坡为例，利用该数值模型计算了该滑坡处置前后边坡的水热和变形过程，并对其变形机制和稳定性进行了分析。结果表明，冷季水分向冻结锋面迁移并冻结成冰，暖季活动层内冻土融化导致液态水含量增加，从而使冰透镜体所在位置变成了潜在滑移面。在外部荷载(暴雨等)作用下，滑体会沿着该滑移面产生滑动，这便是季节冻土区边坡中的水分迁移过程及其对滑体滑动的作用机制。此外，案例分析表明，滑坡处理前边坡最大垂直变形和最大水平变形分别为72.41 cm和68.57 cm。设置抗滑桩后，边坡达到稳定状态时的最大垂直变形和最大水平变形分别为2.60 cm和2.72 cm,稳定性显著提升。而且，滞水层高度的提升导致边坡垂直和水平变形0-...

混凝土作为水利与水电工程重要的构筑材料,在寒冷地区受到冻融循环作用,易诱发损伤和破坏,使结构性能劣化,影响结构功能的发挥和使用寿命。在对水工混凝土冻融病害案例进行统计阐述的基础上,重点从水工混凝土冻融理论、试验、数值仿真以及冻融损伤识别和冻融病害抑制与修复等方面,论述了水工混凝土冻融损伤的研究现状和存在的问题。认为今后应加强多损伤因素耦合作用下的水工混凝土多尺度冻融劣化机理研究,改进冻融试验方法,构建合适的水工混凝土冻融损伤本构模型,开发有效的三维跨尺度模型、计算方法和工具,高效实现对复杂环境下水工混凝土冻融损伤过程的精细数值模拟,以求从研究思路、方法到工程实践上形成完善的水工混凝土冻融防控理论。

为了研究在列车荷载作用下季节性冻土区桥墩和周围不同场地的振动特性,选取哈大高速铁路沿线桥墩及周围场地进行现场振动测试,利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)法和相关性分析方法对测试数据进行了滤波处理,并从时域和频域对振动信号进行分析。建立桥墩-桩基-周围场地有限元模型分析了桥墩右侧堆积填土的弹性模量和几何参数变化对振动传播的影响。研究结果表明:在列车荷载作用下桥墩与周围场地的振动特性明显不同,场地对振动有放大作用;桥墩和周围场地的振动频率集中在10～80 Hz,主频在35 Hz左右,这与列车轴重作用的频率一致;桥墩右侧堆积填土使其两侧的振动传播特性不同,堆积填土侧的振动加速度峰值大于未填土侧,堆积填土的弹性模量和几何参数变化使得地面不同位置的振动强度明显不同。

为了给保温板防护多年冻土边坡提供设计依据,基于水热力耦合理论,建立了铺设保温板的冻土边坡多场耦合分析模型,运用有限元法进行了求解,依托Matlab软件编制了计算程序,结合实例分析了铺设不同厚度保温板的边坡温度、水分、应力及位移变化规律.结果表明:保温板的最佳施工时间为冻结期结束时,厚度为5～7cm;融化期结束时,在冻融交界面处未冻水含量和剪应力均达到最大,且剪应力呈带状分布,水平位移分布呈凸肚状,随着保温板厚度增大,坡面附近高含量未冻水土层的厚度依次减小,剪应力最大值增大,水平位移明显减小;冻结期结束时,铺设保温板边坡的水平位移分布呈倾倒状.保温板阻止边坡上限下移有积极作用,能提高边坡的稳定性.

利用有限元软件COMSOL自定义模块功能,将建立的水热力三场顺序耦合模型导入,模拟二维轴对称条件下多种螺旋桩在土体冻结过程中发生的冻拔,并设置光滑桩作对比.在冻深达到桩长全长时,全螺旋小叶片桩具有良好的抗冻拔效果(仅为光滑桩的19.5%).使用COMSOL内嵌热应力模块,模拟三维条件下螺旋桩抗冻拔过程,并与室内试验结果作对比.结果显示冻深只有桩长一半时,双螺旋小叶片桩明显减少桩体冻拔量.表明:通过数值分析可比选出抗冻拔的最优桩型,对于现场试验的光伏支架螺旋桩型设计提供参考.

以京新高速某季节性冻土高边坡为背景,通过考虑伴有相变的瞬态温度场与应力场耦合,运用有限元分析软件ANSYS,分别模拟研究了含水率、温度、坡率、有无护坡等因素对边坡位移场、应力场和温度场的影响,并通过比较边坡安全系数的大小,判断各因素对边坡稳定性的影响。计算结果表明:边坡稳定性与含水率、坡率、边坡高度呈负相关,即数值越大稳定性越低;而温度作为影响季冻区边坡稳定的重要外部条件,当负温值位于-10℃以上时,各个指标对其敏感度较高,随着温度的进一步降低,各指标对温度的灵敏度逐渐减小;此外,施作护坡可有效地减小边坡的最大位移和冻结深度,增强其稳定性。

针对隧道水平冻结法施工的特点,综合考虑地层温度、地表对流等各类初始和边界条件及土体的相变潜热过程,建立隧道水平冻结温度场的数学模型。定义土体的冻胀率为瞬时体应变,考虑冻土的正交各向异性冻胀变形特征,即冻胀变形主要发生在沿热流方向(温度梯度方向),引入变形特征系数的概念,从而导出土体温度降至冻结温度后而产生的瞬时热应变分量(冻胀应变分量),并建立地层冻胀的弹塑性热力耦合数学模型。基于ABAQUS有限元软件的二次开发技术,编制冻土正交各向异性冻胀变形的用户子程序,从而提出隧道水平冻结期地层位移的热力耦合数值分析方法。将该方法应用于某浅埋大断面地铁隧道水平冻结工程中,获得地层冻结温度场和冻胀位移场的分布规律,并与现场实测结果相比较,验证数值分析方法的可靠性,同时表明地层位移分析中考虑冻土正交各向异性冻胀变形特征的必要性。

运用土壤冻结融化条件下热传导的基本方程和数值理论方法,结合哈大客运专线具体工程,通过模拟分析在不同的路基高度、几何断面选型、填料选择和施工、竣工季节条件下,对比分析了换填路基结构不同部位的季节性最大冻结深度在今后50a内随着时间在全球升温的背景趋势下的变化规律。通过分析并讨论换填路基的热状况特征及其分布变化规律,在数值模拟结果的基础上,结合季节性冻土区高速铁路无碴轨道路基结构的特点,总结并提出了较为合理的换填路基高度、几何结构形式选型、路基填料的选择分类以及路基施工和竣工季节,并通过以上结果分析评价了换填后路基的整体热稳定性。