冻土的松弛模量是进行蠕变力学分析的关键参数。但在理论方面,尚未基于球模仪试验建立较完善的松弛模量表征公式。基于半空间黏弹性理论和分数阶微积分理论,获得了松弛模量公式的非线性Kelvin模型解答并进行了材料参数影响分析。在给出恒载条件下,可以用单轴蠕变试验的分析结果评估基于球形压痕试验的冻土松弛模量来预测准确性。随后分别以冻结细砂的球模仪试验曲线、冻结砂和冻结砂质黏土的单轴蠕变曲线为例,预测了各条试验曲线和冻土的松弛模量,并通过其他试验实测数据进行了检验。结果表明:该松弛模量表征公式的材料参数最少,随各材料参数变化具有较佳单调性;基于球形模板试验,非线性Kelvin解答能对冻结细砂的松弛模量和位移曲线做出合理可靠的预测。非线性Kelvin模型能很好地吻合单轴蠕变试验曲线,基于单轴蠕变试验的冻结砂松弛模量随时间变化规律和数值范围与球模仪试验分析结果较一致,冻结砂质黏土的松弛模量随应力和温度的变化规律再现了已有研究结论。

为深入认识高温冻土的松弛规律,查明预应变对松弛过程的影响,开展了一系列室内高温冻土松弛试验。研究发现,预应变过程明显影响了高温冻土的松弛过程,表现为预应变量增大,瞬时松弛量相应提高,松弛稳定历时延长;对于恒应变速率加载而言,恒应变速率增大延长了松弛稳定历时,并提高了高温冻土的松弛速率;对于恒应力率加载过程而言,恒应力率增大,松弛稳定历时延长,松弛速率也随之提高。偏应力与时间对数的关系具有明显的非线性特征,不能简单描述为单一直线,采用双曲线型关系描述其关系时效果很好,根据双曲线型获得了一种经验型的流变关系,并对该流变关系的可靠性进行了验证。

为了探明排水条件对高温冻土应力松弛特性的影响,开展了室内松弛试验,研究了排水和不排水情况下高温冻土的应力松弛过程.结果表明:围压对高温冻土的松弛过程影响明显;不排水情况下,围压增大,松弛稳定历时延长,瞬时松弛量增大;松弛过程初期松弛速率受围压影响较大,而后逐渐减弱;排水情况下,松弛过程发展初期的松弛速率略高于不排水情况,但随松弛历时延长这种差别逐渐减小.随着预应变量增大,体积-时间曲线从应变软化状态过渡到应变硬化状态.不排水情况下,松弛过程中的体积变化过程呈先体积收缩后体积膨胀;排水情况下,高温冻土体积在较短历时内迅速收缩,而后基本保持不变.排水情况下,高温冻土的体积变形大于不排水条件下,围压愈大,这种趋势愈明显.

分析了冻土地区护坡结构物的工作状况和受力特点，并从冻土流变性的角度讨论了块石等非整体性护坡的破坏机理，给出了块石护坡抗冰推稳定性的计算方法。提出了相应的对策。