冻土易受外界温度和荷载变化的影响而变形，寒区工程建筑的破坏多是由冻土地基融沉与压缩变形引起的，这不仅对建筑物的安全性构成巨大威胁，而且增加后期维护成本。冻土变形与孔隙水压力密切相关，目前针对冻土孔隙水压力研究已有许多成果，但关于变载条件下的冻土孔压响应研究较少。本研究以石英粉为研究对象展开冻土压缩试验。在试验过程中，冻结试样的温度梯度保持稳定，监测其在荷载逐级施加下的变形过程以及不同层位处的孔压变化。研究结果表明：饱和冻结石英粉在逐级施加上覆荷载过程中，孔隙水压力迅速增大、逐渐升高至峰值后在波动中消散，整体呈缓慢消散状态；试样温度越高，初始干密度越小，相同位置的孔隙水压力峰值越大；冻结状态试样的孔隙水压力峰值随测试深度的增加而增大，冻土的变形呈增大趋势，且随荷载的逐级增加而减小；试样变形与孔隙水压力之间存在正线性关系。
冻土易受外界温度和荷载变化的影响而变形，寒区工程建筑的破坏多是由冻土地基融沉与压缩变形引起的，这不仅对建筑物的安全性构成巨大威胁，而且增加后期维护成本。冻土变形与孔隙水压力密切相关，目前针对冻土孔隙水压力研究已有许多成果，但关于变载条件下的冻土孔压响应研究较少。本研究以石英粉为研究对象展开冻土压缩试验。在试验过程中，冻结试样的温度梯度保持稳定，监测其在荷载逐级施加下的变形过程以及不同层位处的孔压变化。研究结果表明：饱和冻结石英粉在逐级施加上覆荷载过程中，孔隙水压力迅速增大、逐渐升高至峰值后在波动中消散，整体呈缓慢消散状态；试样温度越高，初始干密度越小，相同位置的孔隙水压力峰值越大；冻结状态试样的孔隙水压力峰值随测试深度的增加而增大，冻土的变形呈增大趋势，且随荷载的逐级增加而减小；试样变形与孔隙水压力之间存在正线性关系。
冻土易受外界温度和荷载变化的影响而变形，寒区工程建筑的破坏多是由冻土地基融沉与压缩变形引起的，这不仅对建筑物的安全性构成巨大威胁，而且增加后期维护成本。冻土变形与孔隙水压力密切相关，目前针对冻土孔隙水压力研究已有许多成果，但关于变载条件下的冻土孔压响应研究较少。本研究以石英粉为研究对象展开冻土压缩试验。在试验过程中，冻结试样的温度梯度保持稳定，监测其在荷载逐级施加下的变形过程以及不同层位处的孔压变化。研究结果表明：饱和冻结石英粉在逐级施加上覆荷载过程中，孔隙水压力迅速增大、逐渐升高至峰值后在波动中消散，整体呈缓慢消散状态；试样温度越高，初始干密度越小，相同位置的孔隙水压力峰值越大；冻结状态试样的孔隙水压力峰值随测试深度的增加而增大，冻土的变形呈增大趋势，且随荷载的逐级增加而减小；试样变形与孔隙水压力之间存在正线性关系。
冻土易受外界温度和荷载变化的影响而变形，寒区工程建筑的破坏多是由冻土地基融沉与压缩变形引起的，这不仅对建筑物的安全性构成巨大威胁，而且增加后期维护成本。冻土变形与孔隙水压力密切相关，目前针对冻土孔隙水压力研究已有许多成果，但关于变载条件下的冻土孔压响应研究较少。本研究以石英粉为研究对象展开冻土压缩试验。在试验过程中，冻结试样的温度梯度保持稳定，监测其在荷载逐级施加下的变形过程以及不同层位处的孔压变化。研究结果表明：饱和冻结石英粉在逐级施加上覆荷载过程中，孔隙水压力迅速增大、逐渐升高至峰值后在波动中消散，整体呈缓慢消散状态；试样温度越高，初始干密度越小，相同位置的孔隙水压力峰值越大；冻结状态试样的孔隙水压力峰值随测试深度的增加而增大，冻土的变形呈增大趋势，且随荷载的逐级增加而减小；试样变形与孔隙水压力之间存在正线性关系。
围岩保温是防治寒区隧道工程冻害发生的关键，主动保持围岩热平衡，对于寒区隧道冻害防控具有重要意义。提出相变蓄能主动式冻害防控新思路，基于相变载体构建寒区隧道围岩控温体系，建立载冷蓄热型相变材料(phase change materials PCMs),相场模型，推导相变载体固液相变的数学方程和PCMs最佳相变温度计算公式。按照相变潜热最大、相变持续时间最久的原则，研制适用于寒区隧道工程的PCMs材料，并开展载冷蓄热PCMs在冻融环境下热物性、耐久性和控温性测试，试验结果表明：(1)所研制的以正癸酸与正癸醇为组分的载冷蓄热型PCMs质量配比为55.39:107.38，相变潜热为231.17 J/g，在低温相变材料中蓄热性能较高。(2)开展载冷蓄热PCMs的温度巡检和差式扫描量热试验，其在冻融过程放热曲线和吸热曲线均为单峰型，表明在冻融环境中能形成良好共晶，蓄热性质稳定；且蓄热和放热持续时间长，具有明显的削峰和填谷效应，可以较好地延缓和降低寒区工程在低温环境中因冻胀和融化所产生的损伤。(3)所研制的PCMs经历300次相变循环后，官能团波数与透射率间的变化曲线和DSC曲线基本一致，相变温度最...
围岩保温是防治寒区隧道工程冻害发生的关键，主动保持围岩热平衡，对于寒区隧道冻害防控具有重要意义。提出相变蓄能主动式冻害防控新思路，基于相变载体构建寒区隧道围岩控温体系，建立载冷蓄热型相变材料(phase change materials PCMs),相场模型，推导相变载体固液相变的数学方程和PCMs最佳相变温度计算公式。按照相变潜热最大、相变持续时间最久的原则，研制适用于寒区隧道工程的PCMs材料，并开展载冷蓄热PCMs在冻融环境下热物性、耐久性和控温性测试，试验结果表明：(1)所研制的以正癸酸与正癸醇为组分的载冷蓄热型PCMs质量配比为55.39:107.38，相变潜热为231.17 J/g，在低温相变材料中蓄热性能较高。(2)开展载冷蓄热PCMs的温度巡检和差式扫描量热试验，其在冻融过程放热曲线和吸热曲线均为单峰型，表明在冻融环境中能形成良好共晶，蓄热性质稳定；且蓄热和放热持续时间长，具有明显的削峰和填谷效应，可以较好地延缓和降低寒区工程在低温环境中因冻胀和融化所产生的损伤。(3)所研制的PCMs经历300次相变循环后，官能团波数与透射率间的变化曲线和DSC曲线基本一致，相变温度最...
围岩保温是防治寒区隧道工程冻害发生的关键，主动保持围岩热平衡，对于寒区隧道冻害防控具有重要意义。提出相变蓄能主动式冻害防控新思路，基于相变载体构建寒区隧道围岩控温体系，建立载冷蓄热型相变材料(phase change materials PCMs),相场模型，推导相变载体固液相变的数学方程和PCMs最佳相变温度计算公式。按照相变潜热最大、相变持续时间最久的原则，研制适用于寒区隧道工程的PCMs材料，并开展载冷蓄热PCMs在冻融环境下热物性、耐久性和控温性测试，试验结果表明：(1)所研制的以正癸酸与正癸醇为组分的载冷蓄热型PCMs质量配比为55.39:107.38，相变潜热为231.17 J/g，在低温相变材料中蓄热性能较高。(2)开展载冷蓄热PCMs的温度巡检和差式扫描量热试验，其在冻融过程放热曲线和吸热曲线均为单峰型，表明在冻融环境中能形成良好共晶，蓄热性质稳定；且蓄热和放热持续时间长，具有明显的削峰和填谷效应，可以较好地延缓和降低寒区工程在低温环境中因冻胀和融化所产生的损伤。(3)所研制的PCMs经历300次相变循环后，官能团波数与透射率间的变化曲线和DSC曲线基本一致，相变温度最...
青藏高原冻土地区的地质灾害与冻土因冻融作用引起的水分重分布密切相关，其实质是复杂水热耦合作用的结果。已有的冻土水热耦合模型较多关注未冻水含量梯度驱动引起的水分迁移过程，而缺乏对温度梯度驱动效应的探讨。基于经典热传导方程和非饱和土体渗流理论，考虑未冻水含量梯度和温度梯度的共同作用，建立了双梯度联合驱动作用下的非饱和冻土水热耦合模型。在采用已有试验数据对模型有效性进行验证的基础上，分别对-5、-10和-15℃3种环境气温条件下土体的水热响应开展了数值模拟。结果表明：温度梯度在冻结过程中对于水分迁移的驱动作用不可忽略；冻结过程中由于冰水相变释放潜热造成冻结速率逐渐减慢；土中水分聚集的位置处于冻结初期形成的冻结锋面处，且外界气温越低，内外温差越大，则土体水分发生聚集的位置越深，水分迁移量相对也越大，冻结过程中土体水分随深度呈S型分布；-5、-10和-15℃环境温度下含水率极值分别位于0.30、0.55和0.70 m深度处，含水率增量分别为3.5%、4.6%和5.5%。
青藏高原冻土地区的地质灾害与冻土因冻融作用引起的水分重分布密切相关，其实质是复杂水热耦合作用的结果。已有的冻土水热耦合模型较多关注未冻水含量梯度驱动引起的水分迁移过程，而缺乏对温度梯度驱动效应的探讨。基于经典热传导方程和非饱和土体渗流理论，考虑未冻水含量梯度和温度梯度的共同作用，建立了双梯度联合驱动作用下的非饱和冻土水热耦合模型。在采用已有试验数据对模型有效性进行验证的基础上，分别对-5、-10和-15℃3种环境气温条件下土体的水热响应开展了数值模拟。结果表明：温度梯度在冻结过程中对于水分迁移的驱动作用不可忽略；冻结过程中由于冰水相变释放潜热造成冻结速率逐渐减慢；土中水分聚集的位置处于冻结初期形成的冻结锋面处，且外界气温越低，内外温差越大，则土体水分发生聚集的位置越深，水分迁移量相对也越大，冻结过程中土体水分随深度呈S型分布；-5、-10和-15℃环境温度下含水率极值分别位于0.30、0.55和0.70 m深度处，含水率增量分别为3.5%、4.6%和5.5%。
近年来，季节性冻土区越冬基坑工程因水平冻胀引起的事故频发，但相关水平冻胀机理的研究成果较少。开展了北京市昌平区的越冬基坑现场监测，分析桩锚支护结构在不同补水和刚度条件下的地温变化、土体水分迁移、支护结构受力状态及支护结构水平位移的演化规律。研究结果表明：温度梯度引起土壤土水势变化，导致土体内部水分的竖向和侧向迁移，从而引起水平冻胀作用，诱发基坑支护桩的水平位移，增大支护结构中的锚杆拉力。此外，开放补水条件显著增强了水平冻胀作用，导致更大的冻胀力和冻胀变形，而刚度较大的支护结构对基坑的约束作用更强，能有效限制基坑水平冻胀变形。研究成果可为寒区工程支挡结构的设计和施工提供借鉴。