为分析钢管冻土组合结构的受弯过程特点,依托室内试验的研究成果,利用ANSYS软件分析钢管冻土组合结构受弯过程中的承载力变化规律。研究结果表明:1)冻土结构底部布置钢管后形成钢管冻土组合结构的极限承载力较常规无钢管冻土结构可提高52.6%,荷载作用下组合结构截面应力分布呈“分层”现象,其应力计算过程仍满足梁的平截面假定; 2)当冻土与钢管之间的剪切应力超过其抗剪强度时,钢管与冻土会发生滑移,但钢管和冻土各自独立承载仍可发挥组合结构的承载能力; 3)钢管直径和壁厚的增加,可以提高钢管冻土组合结构的极限承载力;布置在结构截面底部的钢管对提升组合结构的承载力效果明显,其极限承载力较钢管位于截面中心或者顶部位置时提高约30%。

为了弄清冻土季节性冻融循环过程对输电线路塔基极限承载力的影响,文章以黑龙江省典型季节性冻土为例,研究了土体含水量和冻融循环引起土壤的变化情况,采用极限平衡法计算分析了输电线路塔基的极限抗拔承载力。结果显示:(1)土壤黏聚力和内摩擦角整体随土壤含水量的呈线性下降趋势,但是内摩擦角下降率略低于黏聚力;(2)随着冻融循环次数的增加,土壤黏聚力和内摩擦角呈反饱和下降态势;(3)杆塔基础的极限承载力随着冻融循环次数、含水量的增加而直接下降。研究成果为冻土区域输电线路设计与运行提供技术支撑。

为提高冻土地区桩基极限承载力试验结果的准确性,以高温、高含冰量冻土桩基为例,利用室内冻土桩基模型试验开展了不同加载方式下冻土桩基极限承载力的研究,各加载方式分别为现行规范中已在采用的快速维持荷载法、慢速维持荷载法及稳定维持荷载法这一新方法。提出充分考虑冻土流变性的S-P-T曲面,相对传统的以S-P曲线为基础判断桩基极限承载力的方法,当考虑桩土流变效应时,宜考虑时间效应而采用S-P-T曲线来确定冻土桩基的极限承载力,以此为基础,提出了在不同加载方式下确定极限承载力时桩基破坏的新形式判断准则,并对各种加载方式下冻土桩基的极限承载力进行了分析。结果表明:桩土流变效应能够有效地影响桩基的承载力,现有规范中的快速维持荷载法和慢速维持荷载法由于没能考虑或充分考虑桩土流变效应,导致所得出的桩基极限承载力均不同程度地偏大;为了克服上述不足,建议用修正系数使现有冻土地区桩基承载力检测规范满足桩土流变效应。

通过在高纬度、低海拔岛状多年冻土浇筑两根直径1.2 m、长度15 m的试验桩,研究人员布设了温度监测系统,依据温度检测结果,在桩基回冻前、后进行了自平衡静载试验。试验结果得出桥梁钻孔摩擦桩在多年冻土中的极限承载力是非多年冻土极限承载力的1.42倍,根据试验研究确定桥梁钻孔摩擦桩在多年冻土中的极限承载力值,可以计算出该地质条件下各冻土层的摩阻力值,可为大兴安岭地区多年冻土条件下桥梁钻孔灌注桩的设计和施工提供理论依据。

为分析青藏直流输电工程回填冻土地基和铁塔基础承载性能,在浅部冻土处于冻结和融化两种状态时,分别进行回填细粒冻土性质试验和在三向荷载共同作用下锥柱式扩展基础的载荷试验。基于土工试验结果分析了冻融过程中回填地基的工程性质,得到一个冻融周期后地表沉降量为0.23m,与实际情况一致。通过对基础承载特性及荷载与位移双曲线关系模型的分析,得到了基于地基基础相互作用极限状态条件下基础的极限承载力。针对季节活动层融化和冻结状态,应用试验结果验证了上拔工况下铁塔扩展基础稳定性分析模型和方法,获得了冻结状态时细粒冻土的上拔角。试验研究表明:当浅部活动层处于冻结状态时,地基强度及基础承载性能优于融化状态;冻土融化可缩小细粒土的孔隙比、提高密实度,并增加含水率和饱和度;土体冻结与否对地基的抗剪、上拔角等力学指标有显著影响,因此,保持深部回填地基的冻结状态对基础安全承载至关重要。

结合青藏铁路清水河多年冻土地区抗拔基桩的竖向静载现场试验,对桩周冻土冻结强度、基桩竖向抗拔极限承载力等进行了深入的研究,并将直孔桩、扩底桩两种不同桩基础的荷载试验结果进行了分析比较,为青藏铁路桩基础设计提供了科学依据。

通过三种不同锥角的锥型桩的试验,对锥型桩在冻土中承载力性能进行了研究,分析了温度、桩型对承载力的影响,并与等截面桩相比较,得出冻土条件下锥型桩的单位极限承载力比等截面桩高约60%。