基于控制温度、含盐率、含水率3个变量的低温GDS三轴试验，研究温度、盐分、水分三因素综合作用对高原多年冻土动、静力学强度的影响。结果表明：温度降低使得冻结含盐细砂的黏聚力、内摩擦角增大，在低围压范围内抗剪强度随围压增大而线性提高，抗剪强度随温度降低而降低；在动荷载作用下冻结含盐细砂的破坏振次随动荷载的提高而降低；温度对冻结含盐细砂的动强度影响为温度越低，含冰量越大，自由水含量越低，动强度越高。

为了探究含水率与围压变化对高温冻土物理力学性质的影响，以新疆伊犁河谷高温冻结黄土为研究对象，开展了黄土的矿物成分、物理性质，以及不同含水率和围压条件下冻土的三轴压缩试验。结果表明：伊犁黄土的粉粒与黏粒粒组含量占比较高，对冻融作用的反应敏感。低含水率时表现为应变软化现象，破坏形态以脆性剪切破坏为主，饱和含水率时表现为应变硬化现象，破坏形态以塑性鼓胀变形破坏为主，软化系数随含水率增大而逐渐减小。随着含水率增大，峰残内摩擦角逐渐降低，峰残黏聚力逐渐增大，变形模量逐渐增大。随着围压增大，弹性模量和损伤演化特征参数均逐渐降低，引入的损伤力学本构模型能够较好地描述高温冻土在不同含水率和围压影响下的应力应变全过程。研究成果可为伊犁河谷冻融滑坡成灾机理研究提供力学参数与理论依据支撑。

黄土作为一种特殊的土质，其力学特性极易受水热效应的影响。为研究温度、压实度、含水率等因素对季节冻土区黄土抗剪强度的影响，以中国西部典型的兰州黄土为研究对象，通过低温三轴试验，探讨温度、压实度、含水率的变化对冻结兰州黄土抗剪强度的影响。结果表明：冻结兰州黄土的黏聚力及内摩擦角随着温度的降低呈升高趋势，其中，黏聚力受温度的影响较大，而内摩擦角受温度的影响相对较小；冻结兰州黄土的黏聚力及内摩擦角随着土体压实度的增加而增大；对于含水率，由于土体中冰晶以及未冻水会使土骨架自身强度以及土颗粒与冰之间的胶结力发生变化，以土体最优含水率为分界点，分界点两边的冻结兰州黄土抗剪强度呈相反的变化趋势。由此可知温度、压实度及含水率会对冻结兰州黄土的抗剪强度产生较大的影响，在有黄土覆盖层的季节冻土区工程建设中应充分考虑。

目前,冻土最大动剪切模量随温度变化的规律仍缺乏统一、可靠的表达。文中对低温动三轴、超声波速测试和低温共振柱的试验结果进行文献调研,分类筛查得到21组试验数据,最终获得最大动剪切模量与温度关系的拟合方程。结果显示冻土最大动剪切模量随温度的降低而增加,可用线性方程拟合。

盐渍土在冻结过程中,结构孔隙中的盐溶液逐渐转变为盐溶冰,盐渍土结构由之前的"土骨架结构"变为"土-盐溶冰骨架结构"导致力学行为发生了较大变化。以张掖地区某道路工程盐渍土路基填料为研究对象,通过低温冻土三轴剪切试验,分析了不同冻结时长、不同冻结温度下盐渍土的变形特性及本构模型。研究了冻结盐渍土的Duncan-Chang模型参数,基于Duncan-Chang模型利用SPSS回归分析建立了冻结盐渍土主应力差（σ1-σ3）及切线模量E_t与温度T和围压σ3的多因素耦合模型。研究发现:（σ1-σ3）-ε1曲线呈3阶段发展,随着冻结时间的增加,冻结温度降低,主应力变差,黏聚力及内摩擦均增大;耦合模型参数a1和b1与温度T呈正相关,与围压σ3呈负相关,其主导变量均为围压σ3。最后将耦合模型计算结果与试验结果对比,发现耦合模型能够较好地预测计算冻结盐渍土的本构关系。

冻土力学理论与冻土区工程建设的开展依赖于大量的室内外试验,试样温度测控是否精准决定了试验成败及可靠性。现有冻土三轴试验以低温箱或压力室温度作为试样温度,对比试验表明,低温箱及压力室温度与试样本身温度相差较大,存在空间上的不均衡性及时间上的滞后性,并将直接导致试验结果失准。针对该问题,本文研制了一套三轴试验温度精准测控方法及设备。基于低功耗蓝牙传感技术,研制了小型无线温度传感器,并配套设计完成了手机端APP,可对试验过程中土试样内部温度进行实时监测;通过三轴仪底座及压力室内有线温度测试系统,实现土试样表面温度及环境温度的实时监测;通过在压力室内设置降温室,利用水浴降温实现了土试样的快速冻结和温度稳定控制。此套方法及设备实现了冻土三轴试验试样温度的空间无盲点、时间无滞后精准测控。

为进一步研究硫酸盐渍土盐冻胀过程中的力学性能,本文取兰州黄土,配制成试验所需的重塑土样,以温度、硫酸盐含量、含水率和压实度为主要影响因素,进行冻土三轴试验,得到了冻结细粒硫酸盐渍土不同影响因素条件下相关力学参数。结果表明:不同温度条件下的应力应变曲线均表现为应力软化型曲线,均存在应力峰值。且温度越低,应力峰值越大。在相同硫酸盐含量条件下,含水率从10.5%增长到16.8%,土样三轴抗压强度随含水率的增大,呈线性增长趋势。在温度保持不变的情况下,冻结硫酸盐渍土弹性模量随含水率的增加呈线性增长的趋势。在相同硫酸盐含量和温度条件下,土样三轴抗压强度随压实度的增大,呈线性增长趋势。在温度及硫酸盐含量保持不变的情况下,冻结硫酸盐渍土弹性模量随压实度增大的增加呈线性增长的趋势。

地震荷载作用下高含冰量冻土的动力特性试验研究对西北地区地震多发地段的冻土工程的抗震设计具有重要意义。通过选取兰州的重塑冻土进行动三轴试验,分别研究了地震荷载下不同控制温度(-6,-3,-1℃)、不同含水量(30%,50%,75%)以及不同围压(0.3,0.5,1,2 MPa)下高含冰量冻土的动应力应变关系和动弹性模量。试验结果显示,不同条件下冻土的动应力应变关系呈Hardin-Drnevich双曲线模型,并且不同温度、不同围压和不同含水量对模型参数都有着影响。动弹性模量随温度升高而减小,温度每升高1℃,弹性模量就下降12～15 MPa。围压对动弹性模量的影响有强化作用和弱化作用,-6℃时动弹性模量随围压增大而增大,-1℃时大应变情况下动弹性模量随围压增大而减小。对于高含冰量冻土,动弹性模量随含水量的增大先减小后增大。

本文针对东北地区的季冻区冻土这种特殊工程地质条件下的路基冻害问题,分析了路基冻害的原因和防治路基冻害的工程措施的防治原理,在此基础上提出了一种具体的防治路基冻害的方法——加灰法,并用室内直接剪切试验和动三轴试验验证了加灰法的可行性。

随着季冻区公路工程建设规模不断扩大,路基在冻融及车辆荷载(尤其重载)协同作用下翻浆、沉陷等灾害现象频繁出现,需要对其致灾机理进行深入研究。本文采用英国GDS冻土动静三轴仪对季冻区路基土开展了常温、-5℃及-10℃三种环境下的动变形试验研究。主要工作有:(1)针对GDS仪器在试验中出现的围压进气孔及加载杆易冻结等实际问题,提出了采用耐压密封胶及硅胶干燥剂等处置方法,保证了冻土负温试验的顺利开展;(2)开展了常温下路基土动变形试验。在相同循环作用次数条件下,存在动应力临界值。当动应力幅值超过此界限,土体残余应变逐渐增大,直至破坏;反之,则土体应变速率逐渐降低,残余应变最终趋于稳定;(3)开展了-5℃及-10℃条件下路基土动变形试验。试验表明:同一动应力幅值作用下,随土体温度降低,其残余应变减小,但即便同在负温条件下,土的应变速率及最终值也有很大差异。试验得到的新认识对季冻区公路设计及灾害防治有一定指导意义。