全球气候变暖导致多年冻土层温度升高，进而显著改变桩周土体的物理和力学性质，这对铁路桥梁桩基础的竖向承载特性产生了深远影响。为量化分析多年冻土层对既有铁路桥梁桩基础竖向承载特性的影响，以青藏铁路桥梁广泛使用的高承台桩基础为研究对象，通过室内缩尺模型试验对比研究了竖向荷载作用下非冻土（对比组）与多年冻土（多年冻土层厚度为140 cm）条件下桩基础承载性能及桩周土体的破坏特征。试验结果表明：在非冻土条件下，桩周土体表面出现近似矩形的闭合裂缝，且从矩形四角向外延伸，0.5倍桩径以内的土体出现明显沉陷，土体表面仅有一条主裂缝；当有多年冻土层存在时，桩周土体虽然出现未闭合近似矩形裂缝，但表层土未发生明显沉降。此外，多年冻土层的存在显著提高了桩基础竖向极限承载力，多年冻土条件下桩基础的极限承载力约为非冻土条件下的4.5倍。分析发现，桩基础承载力的提升主要源于多年冻土层中桩侧摩阻力的显著增加，多年冻土层存在时最大桩侧摩阻力约为非冻土条件下的7.1倍。相对而言，多年冻土层对桩基础端承力的影响并不明显，多年冻土条件下桩基础最大端承力相较于非冻土条件提高了8.8%。因此，多年冻土区既有铁路桥梁桩基础承载性能...
在冻融循环过程中，环境温度的变化对路基土体的物理力学特性及路基的水热过程影响显著，反复的冻胀与融沉作用严重削弱了路基的承载能力、变形协调性及长期服役性能。基于此，本研究建立了粉质黏土路基（对比路基）和地聚物-剑麻纤维协同固化土路基（措施路基）断面，探究了冻融循环作用下两种路基温度、水分、热通量以及变形变化过程，评估了地聚物-剑麻纤维协同固化土路基的冻胀防治效果。试验结果表明：随着冻融循环次数的增加，路基低温区域从顶部逐渐向下部扩展，高温区域逐渐缩减。路基表面热交换迅速，受环境温度变化的影响也更明显。粉质黏土路基的残余体积未冻水含量高于地聚物-剑麻纤维协同固化土路基。此外，地聚物-剑麻纤维固化土路基的净变形变化小于粉质黏土路基，随着冻融循环次数的增加位移的变化逐渐趋于稳定。研究结果可为提升寒区路基的抗冻害能力、长期稳定性和服役性能提供科学依据。
全球气候变暖导致多年冻土层温度升高，进而显著改变桩周土体的物理和力学性质，这对铁路桥梁桩基础的竖向承载特性产生了深远影响。为量化分析多年冻土层对既有铁路桥梁桩基础竖向承载特性的影响，以青藏铁路桥梁广泛使用的高承台桩基础为研究对象，通过室内缩尺模型试验对比研究了竖向荷载作用下非冻土（对比组）与多年冻土（多年冻土层厚度为140 cm）条件下桩基础承载性能及桩周土体的破坏特征。试验结果表明：在非冻土条件下，桩周土体表面出现近似矩形的闭合裂缝，且从矩形四角向外延伸，0.5倍桩径以内的土体出现明显沉陷，土体表面仅有一条主裂缝；当有多年冻土层存在时，桩周土体虽然出现未闭合近似矩形裂缝，但表层土未发生明显沉降。此外，多年冻土层的存在显著提高了桩基础竖向极限承载力，多年冻土条件下桩基础的极限承载力约为非冻土条件下的4.5倍。分析发现，桩基础承载力的提升主要源于多年冻土层中桩侧摩阻力的显著增加，多年冻土层存在时最大桩侧摩阻力约为非冻土条件下的7.1倍。相对而言，多年冻土层对桩基础端承力的影响并不明显，多年冻土条件下桩基础最大端承力相较于非冻土条件提高了8.8%。因此，多年冻土区既有铁路桥梁桩基础承载性能...
深厚含土重冰层是极限性不良地质,在其上修建路基会面临严重的冻胀和融沉病害,威胁车辆的运行安全。为此探究了将聚氨酯高聚物材料(PU)用作路基的保温隔热层以防止冻融病害。进行了PU的隔热性能试验,分析密度和冻融循环次数对PU导热系数的影响。开展了重冰层冻土路基保温隔热模型试验。研究了普通路基、单层PU板路基和双层PU板路基在冻融过程中的温度分布特征,定量描述了PU的隔热效果。研究结果表明:PU的导热系数与自身密度呈正相关,与冻融循环次数也呈正相关;PU的密度越低,其导热系数受到冻融循环的影响越大;PU的密度越高,其隔热性能越能在多次冻融循环中保持稳定;冻结时,普通路基的热通量是单层和双层PU板路基的1.7倍,融化时,普通路基的热通量是单层PU板路基的2.1倍,双层PU板路基的2.8倍;PU板具有保温隔热能力,可以抬升路基的冻结深度,减少冻胀病害,延长路基的冻结过程,避免融沉病害;双层PU板比单层PU板表现出更优秀的隔热效果。
为研究冻土一维热传导温度场模型试验相似准则，创新性提出基于微分方程解析解求取相似准则的方法，首先采用分离变量法得到了一维非线性热传导方程的解析解，再利用相似转换法推导出了考虑和不考虑热交换2种情况下冻土模型试验的相似准则，最后利用有限元软件ABAQUS验证相似准则的准确性。结果表明，当不考虑热交换时，时间的相似常系数始终是几何尺寸相似常系数的平方；当考虑热交换时，模型试验必须采用与原型不同的土体，此时得到的相似准则更具有理论意义和实际价值。该研究成果充分考虑了热传导过程中的边界条件，有望为非线性热传导问题的研究和模型试验设计提供理论参考。
为解决寒冷地区屋面渗漏的问题，该文提出一种钢筋混凝土平屋面防渗漏系统，并通过缩尺模型试验对该屋面系统在寒冷地区的渗漏防护进行研究。采用机器学习中的支持向量机（SVM）模型对某寒冷地区冻融循环季节的天气进行预测，在该基础上对屋顶系统进行有限元分析，说明系统的防漏机理。研究结果表明，在冻融循环过程中提高屋面温度，可以减少冻融循环带来的温度应力的影响，减缓屋面内部裂缝的发展，降低屋面渗漏的概率，为解决寒冷地区屋面渗漏问题提供新思路。
以呼和浩特地铁1号线为依托，基于自主研发的冻融循环试验装置，针对基坑土体的温度分布、表面土体冻胀量、地下连续墙受力与变形特性进行室内试验，采用数值仿真分析了不同风速、含水率及温度下基坑的受力与变形特性。研究结果表明：基坑周围土体在从5℃到-30℃的降温过程中呈现双向冻结特征，靠近地下连续墙一定范围内土体最大冻结深度可达18.2 m（即基坑底面向下1.09 m）;基坑土体及地下连续墙的最大变形随着冻融循环次数的增加而增大，并在6个冻融循环周期内趋于稳定，末次冻融周期地表隆起量最大可达首次冻结时的3.85倍；水平冻胀力沿地下连续墙大致呈抛物线型分布，最大冻胀力出现在地下连续墙的中部，在-30℃时可达775.8 kPa;风速对基坑土体热交换有显著影响，在风速为0～0.4 m·s-1时风速和基坑水平土压力线性相关，风速为0.4～2.5 m·s-1时土压力波动增长，风速大于2.5 m·s-1后土压力基本稳定；在风速为0～0.4 m·s-1时风速和地表变形线性相关，风速为0.4～2.5 m·s-1
温度场是人工冻结理论的重要研究方向，也是评估冻结壁力学状态和封水性能的基础。对于周圈封闭布管形式的温度场，目前仅有规则环形条件下的解析解，包括单圈布置和双圈布置。但实际冻结工程中冻结管矩形布置也十分常见，特别是地铁车站冻结暗挖工程，其温度场尚无解答。根据冻结管矩形和环形布置的几何一致性，基于4根冻结管模型首先提出了矩形布管问题的“以圆代方”求解方法。进而结合稳态导热控制方程的边界可分离特性和势函数叠加原理，求解了8根管矩形布置和多根管广义矩形布置的温度场解析解。通过对比瞬态数值计算结果和模型试验结果，验证了解析求解方法的正确性和解析解的适用性。结果表明，矩形布管的温度场等值线在靠近冻结管圈径处显示出高度的矩形分布特征，随着计算点远离冻结圈，等温线逐渐向圆形转化。矩形冻结壁内侧发展速度大于外侧，内外0℃线内温度场受矩形布管影响显著，在冻结设计时应合理考虑冻结管布置形状对冻结壁几何特征的影响。
寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀演化机制是影响其运营安全的关键科学问题。为探究冻结圈围岩的冻胀力演化规律，开展含水围岩低温冻结作用下三维地质力学缩尺模型试验；采用环境冷气进入洞内降温的方式，模拟隧道洞口段围岩温度场分布特征；利用微型压力传感器对含水围岩在低温冻结过程中的冻胀力进行实时动态监测，以获取不同含水率和冻结圈厚度围岩下的冻胀力时空演化曲线。采用多元回归分析方法，建立围岩冻胀率、冻结圈厚度与含水率等参数的拟合计算式；据此建立平面应变状态下考虑围岩含水率和围岩比重指标的冻结圈围岩冻胀力理论解。采用热应力方法模拟冻胀力演化特征，对冻胀力的理论计算值和模型试验测试值进行对比分析，进一步验证试验方法和理论解的合理性。研究结果表明：围岩温度场呈三阶段变化特征以及类似带柄状“正勺”形状分布规律；含水围岩温度场的下降阶段呈非线性分布特征；围岩温度表现出滞后于环境温度变化的趋势。不同含水率和冻结圈厚度下的冻胀力演化规律曲线形态类似，表现为孕育-发展-稳定变化特征。冻胀力理论解与现场实测数值偏差19.7%,与数值解、试验值偏差均在0～20%之间，所提出的冻胀力理论计算方法可为围岩含水率为0～60%范围和...
研究寒区渠道内水流冻结规律对于渠道冰冻灾害防治有积极意义,研制了寒区长距离输水渠道水流冻结模型试验系统,模拟了渠道中冰塞、冰盖的形成过程,分析了水流结冰变化规律及冰盖形成前后水位和流速的变化规律;利用COMSOL Multiphysics软件三维仿真了模型内水流的流态,并与实测流速结果进行对比。结果表明,研制的模型试验系统可较真实地模拟长距离输水渠道冬季运行的实际状态,是研究渠道冬季运行的有效试验手段;冰盖的形成起源于冰花、碎冰在水中障碍物或流速缓慢区域的堆积和热增长;冰盖形成的时间与流速成线性关系;冰盖形成后渠道过水断面各个位置流速普遍减低。
