以西北季节冻土区广泛采用的挖井基础桥墩为研究对象，运用ABAQUS有限元软件，建立土-挖井基础-桥墩相互作用体系有限元模型，通过拟静力模型试验验证其合理性，并基于该模型分析季节冻土区铁路挖井基础桥墩的地震破坏特征及抗震性能影响因素。结果表明：在地震作用下，存在季节冻土层时浅埋挖井基础桥墩的破坏模式从无冻土时基础周围土体的破坏转变为桥墩本身不同程度的破坏；与非冻结条件相比，存在0.2和0.4 m厚冻土层时，土-挖井基础-桥墩体系的峰值荷载分别提高了约76%和148%，累积耗能增加了约121%和167%；当表层冻土完全融化时，体系的峰值荷载下降接近70%，累计耗能仅为0.4 m厚冻土层时的21.4%；基础埋深的增加可有效提高季节冻土区挖井基础桥墩的抗震性能，但也会增加桥墩混凝土的破坏程度；墩身配筋率对埋深较小的挖井基础桥墩水平承载力影响较小。

为了确保油气管道在冻土区的安全铺设,采用ANSYS有限元分析法以及理论计算的方法,对冻土区的管道破坏特征进行研究,研究了冻土的冷生构造分类、油气管道失效因素以及管—土相互作用、管道周围冻土温度场,油气管道的纵向温度场的分布等。研究得出:随着深度的增加,各点土层的最低温度逐渐变小,最高温度逐渐变大,符合低温变化规律;不同深度处地温随大气变化情况符合正弦周期变化,而且随着深度增加,各曲线振幅随深度增加,出现衰减。模拟可知,最大压应力发生在距离67.5 m(分界面距右2.5 m处)处的管顶;最大拉应力发生在距离61.5 m(分界面距左3.5 m处)处的管顶。对于不同厚度的冻土,应采取相应措施,避免冻胀与融沉现象的发生,从而更好的指导冻土区管道的设计、施工以及维护。

采用37φmm铝质分离式Hopkinson压杆试验装置,研究了冻结温度为-8℃、-12℃和-16℃条件下人工冻结黏土在单轴和围压两种受力状态下的冲击破坏特征和强度特性。试验结果表明,当应变率相同时,单轴和围压两种受力状态下人工冻土的最大应力均随冻结温度的降低而增大,表现出较强的温度效应。在高应变率加载条件下,两种受力状态下人工冻土的冲击破坏形态分别呈现出脆性破坏和黏塑性破坏。当冻结温度和冲击气压相同时,两种受力状态下人工冻土表现出明显不同的动力特性,且围压状态下人工冻土最大应力明显高于其在单轴状态下的最大应力,呈现出明显的应力强化特性。

冻土动态力学特性实验研究是冻土力学研究的重要内容之一.以重塑冻结黏土为例,利用分离式霍布金森压杆,得到了人工冻结黏土在冲击荷载作用下的破坏规律,研究了人工冻结黏土温度分别为-4℃,-8℃,-12℃和-16℃时,在不同应变率下单轴状态的变形特征和强度特征.研究结果表明,人工冻土在冲击荷载作用下呈脆性破坏特征,表现了较强的温度效应,但应变率效应不太明显.冻结黏土在冲击荷载作用下的动态力学特性研究为冻土开挖技术提供了理论支持.

通过对 2 0 0 1年昆仑山口西 8 1级地震区冻土震害考察研究表明 ,震区主要存在冰碛、冲积、洪积和湖积等成因的冻土 ,沿地震破裂带冻土厚度变化较大。震区冻土变形破坏主要包括地震构造成因的地震破裂带和由地震振动引起的裂缝、液化、震陷和崩塌等。冻土中地震破裂带在地表主要以脆性变形为主 ,在地震断裂左旋走滑运动作用下 ,主要由剪切裂缝、张裂缝和开裂的挤压鼓包等组成。裂缝、液化、震陷和崩塌等变形破坏的展布特征及其组合形式与震区岩土与环境条件密切相关 ;本次地震震害具有地震破裂带规模大、有建筑物分布的青藏公路一线地震烈度衰减较快和震害分布受岩土条件影响大等特点。

讨论了冻土试样的制作过程。采用计算机层析扫描技术(CT)对未饱水和饱水冻土试样单轴压缩过程进行了动态测试,给出了冻土单轴压缩各承载阶段内部微结构变化特征,基于CT测试对加载过程进行了分析,讨论了饱水冻土和未饱水冻土试样的破坏形式,并对空隙损伤阶段损伤进行了计算。