正冻土冻胀是寒区工程产生冻害的关键因素，其冻胀过程是水热力相互耦合的动态作用结果，在开放系统中，温度、温度梯度、含水率、水分补给强度等都是影响正冻土冻胀变形的重要因素。冻土冻胀是水分迁移产生的竖直方向分凝冻胀和原位冻胀的共同作用，其冻胀力学特性属于各向异性。本研究参考规范内土体含冰量随冻结的变化过程，考虑泊松比、地下水位深度、降温速率等因素，得到正冻土的在冻结过程中水平与竖直方向的冻胀系数的计算方法，通过对比粉土和粉质黏土的冻胀系数，与试验结果吻合较好。案例中粉土在-0.2～-3 ℃、0.2～1 m范围内竖向冻胀系数为-1.37×10-3～-7.67×10-3，水平向冻胀系数为-0.81×10-3～-4.85×10-3，差值百分比为10.4%～77.7%，说明考虑分凝冻胀产生的各向异性是必要的。本研究提出的水平与竖直方向的冻胀系数计算方法，可以为科研和设计工作提供参考依据。

多年冻土地区中广泛分布着盐渍土，受季节性气候影响盐渍土地区的工程基础常常受到盐分侵蚀，这是此区域主要工程灾害之一。研究发现，冻结土在电场作用下，极性水分子与阳离子从阳极向阴极移动，当溶液浓度增高时，更有利于水分迁移。因此，可通过电渗的方法控制水分的聚集位置，解决冻土中因水分积聚而形成的冻害。结果表明：试验环境在-4℃下，不同含盐量试样通过粒子数量和未冻水含量影响着电流趋势——未冻水中离子浓度越大，土体导电性越强，电流峰值越大；未冻水含量增多，离子迁移通道也增多，且到达峰值时间缩短。对比通电结束后的水分迁移量，添加盐分能有效提高水分迁移量，但是0.20%、0.25%、0.30%三个浓度氯化钠盐渍土的水分迁移量区别不明显，即不同类型（低含盐度）冻土对水分迁移量的影响可以忽略。试验结果可为判别冻土地区应用电渗法适宜性提供一定的参考依据。

冻胀是影响冻土工程稳定性的关键因素之一，而水分迁移是决定冻胀等级的核心。为明确水头差对水分迁移及冻胀的影响规律，在传统无压补水的单向冻结试验基础上，引入水头差形成水头差，进行了4组不同水头差下的单向冻结试验。试验结果表明：当水头差从0增大至0.5m、1.0m、2.0m时，补水量增幅分别为29.56%、42.51%、79.87%,冻胀率增幅为14.14%、21.12%和72.80%。在水头差作用下，各位置的土体含水率均有所增大，冻结锋面处含水率最大增幅达到50%。水头差对水分迁移及冻胀有明显的促进作用，反映了采用单一细粒含量评价冻胀敏感性的不足。因此，应根据土体所处环境，合理评价冻胀敏感性，为冻土工程水害治理提供参考。

土冻结过程中的水分迁移积聚与冰分凝关系密切，但两者之间的耦合关系至今仍不清晰。借助孔隙水压力测试以及多层核磁测试技术，通过系列土冻结试验，研究了水分积聚与冰分凝之间的动态耦合关系。试验结果发现粉质黏土和本文试验用兰州黄土在冻结过程中均在冻结锋面附近存在明显的水分积聚现象，但水分积聚模式存在明显差异。本文试验用兰州黄土在封闭系统条件下发生冻结时，未观察到分凝冰生成，孔隙水压力以上升为主，在冻结初期冻结锋面附近观察到明显的液态水积聚现象；而在粉质黏土的冻结过程中，可观察到冰分凝产生，孔隙水压力以下降为主，在冻结锋面附近未观察到液态水积聚现象。分析上述现象认为，在土体冻结过程中冻结锋面附近的水分积聚存在两种模式：1）压排式积聚：由于无分凝冰形成（孔隙冰的形成），冻结区（近饱和或饱和的情况下）与未冻区的水分在水压力梯度的驱使下向冻结锋面处迁移；2）冷吸式积聚：由于分凝冰的形成，未冻区的水分在吸力的驱使下向冻结锋面处迁移。值得注意的是，这两种土体冻结过程中的水分积聚模式及其影响权重与分凝冰的形成与否有着密切关系：无冰分凝的情况下，只可能在冻结初期存在压排式水分积聚；而当存在冰分凝时，在冻结初期几...

高山草甸区域内道路冻胀、翻浆等病害大量发生,水分迁移是产生冻胀翻浆病害的主要原因。为了研究初始含水率、细颗粒含量及入流通量对非冻结路基土中水分迁移的影响。依托拉妥至芒康公路改建工程,进行室内试验。结果表明:当土体处于最佳含水率时,不同细颗粒含量的土样毛细水上升高度不同;在一定细颗粒含量范围内,土体总入流量及入流通量随细颗粒含量的增加而增大;当初始含水率为11%时,细颗粒含量为19%的土样总入流量随时间变化曲线表现为"S"形,而细颗粒含量为22%的土样却表现为拱形,说明土样总入流量随时间变化曲线随着细颗粒含量的增加,土样同样出现滞后现象。土体总入流量及入流通量与初始含水率成反比,总入流量随时间变化曲线由拱形变化为"S"形。结果表明高山草甸区的最低路基填筑高度控制在1.5 m以上,能有效防治路基冻胀翻浆。研究成果可对西藏高山草甸区公路建设与养护提供科学的依据和指导意义。

我国国土面积约53%为季节性冻土区,冻胀病害严重,而粉土冻胀敏感性较强。因此,研究粉土冻胀特性显得尤为重要。环境温度是影响土体冻胀特性的重要因素,为探求顶端冷却温度对粉土冻胀特性的影响,采用恒温箱、循环冷浴、Data Taker 80数据采集仪等组成冻胀试验装置,通过高精度温度探头和位移传感器,实时观测试样内部温度和冻胀变形,对土样进行了开敞系统条件下的冻胀试验。试验结果表明:粉土最大冻结深度随顶端冷却温度的降低而增大;土样的总冻胀量、冻胀率、总水分入流量随顶端冷却温度的升高呈线性增大;当顶端冷却温度一定时,土样距离顶端由远及进含水率先增大后减小,靠近冻结锋面处含水率增量最大。且土样各处冻后含水率分布随顶端冷却温度的降低而减小。

为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。

改变土体干密度和补水条件,对粉质粘土进行了冻结融化试验,研究其封闭条件和开放条件下冻胀量、冻胀率、融沉量、融沉系数及水分迁移的变化规律。试验结果表明:封闭系统条件下的融沉量小于开放系统的融沉量,融沉系数与干密度呈负相关,且拟合度较好;开放系统条件下的冻胀量总体明显高于封闭系统的冻胀量,冻胀率随干密度的增加而增大;开放系统的水分迁移量较封闭系统迁移量大,土体含水率随高度的增加而降低,干密度愈大水分迁移量愈小。

为研究深季节冻土区堤防工程冻结期间内部温度和水分的变化规律,以热传导和水分迁移的多场耦合方程为理论依据,采用有限元方法模拟堤防工程在冻结期间的温度场、湿度场变化。研究结果表明:堤身温度剧烈波动区深度为6m;堤身温度的变化具有滞后性,并随深度增加而显著;堤身冻结过程中,冻结锋面处发生了由未冻区向已冻区的水分迁移;堤身的冻深略大于天然地层的冻深。

对长春地区的水分迁移进行了实验研究。首先对长春地区温度场分布进行了介绍。然后利用毛细水上升实验研究了长春地区季节冻土的冻结和融化特征。采用自制的水分迁移仪,选取了两个地点的土样,对不同压实度的试样进行了冻结状态下的水分迁移实验。结果表明,本区冻结过程中水分迁移的主体是薄膜水。当压实度低于90%时,土体中毛细水的上升高度随着压实度的增加而增大;但是当土体的压实度超过90%时,则有相反趋势。