针对多年冻土区L型挡墙设计中水平冻胀力计算方法不完善的问题，基于利夫金地基模型及挡墙-土体之间的协同变形原理，分别建立了墙后有无换填土两种情况下的L型挡墙水平冻胀效应计算模型，利用叠加原理及有限差分法对所提出的计算模型进行了求解，并依托MATLAB自行编制了水-热-力耦合分析软件。结合工程实例，应用提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值分别与现场实测值、修正土压力值、规范经验值及水-热-力耦合软件模拟值进行对比分析，结果表明：提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值与现场实测值及数值模拟值在大体趋势上吻合较好，修正土压力值、规范经验值低估了水平冻胀力对挡墙的作用；相比规范经验值及现场实测值，提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力沿墙高呈抛物线和梯形两种分布模式，更具有普遍性；通过多场耦合分析可知，所提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法与水-热-力耦合方法得到冻胀力趋势相似，表明了计算方法的可行性，可为多年冻土区L型挡墙设计提供一定的理论支持和指导。

以深季节冻土地区越冬深基坑为研究对象,采用物理模型试验方法,研究了深基坑在冻融过程中的冻胀力的变化特征.结果表明:深基坑在冻结过程中,冻结深度和冻胀力均随着时间的增加而增大,但不同深度处的水平冻胀力增长幅度差异明显.在冻结结束后的融化阶段,基坑底部的冻胀力仍保持增大趋势,而基坑上部的冻胀力先小幅的增大,随后缓慢的减小.基坑在冻结阶段中沿桩底部至顶部,冻胀力经历了减小-增大-减小的阶段,冻结过程中,基坑底部位置冻胀力急速增加,试验测得冻胀力达到了42kPa,对应基坑原型后为840kPa,远大于《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ 118—2011中挡土墙水平冻胀力设计值,甚至达到现行规范给定设计土压力的4倍.

本文通过分析冻胀对基础结构产生的力学效应,包括水平冻胀力、切向冻胀力和法向冻胀力,提出了相关防治措施,并给出相关建议,为相关工作人员提供借鉴。

针对青藏铁路多年冻土区路基坡脚U型排水渠道的冻胀病害,采用热力耦合的有限元方法对U型排水渠道的温度场和应力场进行数值计算,分析U型排水渠道周围土体的温度场和渠道所受水平冻胀力的分布特点及渠道冻害产生的原因,并对提出的防治措施进行现场验证。结果表明,寒季在U型排水渠道附近将出现二维冻结区域,产生的水平冻胀力可导致其破坏;渠道所受水平冻胀力沿埋深呈不均匀形状分布,中段较大,两端较小;渠道周围换填10cm厚非冻胀填料可有效减小水平冻胀力,使其稳定性明显提高。

根据近年来冻土力学、冻土物理学等研究成果,简述了季节冻土区挡土墙构筑物冻害防治技术的主内容,包括:挡土墙冻胀破坏的形式,挡土墙冻害产生的原因,挡土墙抗冻结构计算方法,抗冻胀设计参数的确定,挡土墙抗冻技术措施等,可供工程设计人员参考。

润扬长江公路大桥南汊悬索桥南锚碇基坑深29 m,平面尺寸为69 m×51 m,采用排桩冻土墙围护结构,为解决该结构设计中冻胀力取值难题,进行深基坑排桩冻土墙围护结构冻胀力物模试验研究。首先根据相似理论,推导模拟试验的相似准则;然后,进行模型设计和制作;最后,通过模拟试验,首次得到没有卸压孔时,排桩所受水平冻胀力为0.238 MPa,当在冻土墙外侧施工卸压孔时,排桩所受的水平冻胀力平均值为0.133 MPa。并给出了随着基坑开挖的卸压作用,桩上受到的水平冻胀力呈现减小趋势,最大衰减率达40%。从而为这种新型围护结构的工程应用提供设计依据。

在分析深基坑排桩冻土墙围护结构的冻胀力产生机理的基础上,提出采用卸压孔法来减小水平冻胀力。通过数值模拟,得到了有、无卸压孔条件下排桩所受水平冻胀力的具体数值,同时,给出了水平冻胀力与冻土墙厚度的变化关系,从而为这种新型围护结构的工程应用提供了设计依据。结果表明,施工卸压孔可使排桩所受的水平冻胀力明显减小。