利用Clapeyron方程来描述冻土内温度、冰压力和水压力的关系,根据质量守恒原理和能量守恒原理,建立一维非饱和冻土水热耦合模型。采用数值模拟和室内试验相结合的方法,对建立的水热模型进行检验。研究结果表明:随着冻结时间的增加,冻土的温度变化由剧烈转成平稳,最后沿高度线性分布;冻土段含水量增大,未冻土段含水量减小;在冰透镜体的存在的地方,孔隙比明显增大,含水量明显增大;模拟结果与实测结果较吻合,验证了该模型的正确性。
在"饱和正冻土的理论构架"的基础上,假定了冻土体内的空气的流动是一种Darcy流,进一步考虑了非饱和土中气相的影响,提议了一种综合考虑两种极端情况: (1)气体与外界完全相通. (2)气体与外界完全不相通的相关水、热、力相耦合的多孔多相介质理论构架--半连通、半封闭非饱和正冻土理论构架.重点讨论了较简单的气体半连通半封闭的非饱和孔隙冻土体的三场耦合模型.为检验三场耦合分析模型及所开发的针对冻土工程三场耦合模型的软件系统3G2001的合理性与正确性,与214国道花石峡试验路基实测的地温变化和路基路面变形进行了对比验证,对比结果显示:路基中分析所得的温度场与实测值变化规律一致,量化相差大都在10％-20％以内;分析所得耦合变形随时间的变化也与实测值完全一致,路中的分析变形与实测相差也在10％-20％以内.