钢管冻土协同结构是有效控制冻胀融沉影响的新冻结模式，冻结过程中控制冻结壁边界的发展是抑制冻胀融沉环境影响的关键。以上海地铁18号线江浦路站冻结加固工程为背景，基于相似理论设计进行了钢管冻土协同结构冻结壁边界发展过程的模型试验，分析钢管和循环水对协同结构冻结壁边界发展过程的影响规律，获得以下结论：冻结壁边界位置的钢管不仅可以抑制冻土向外发展，而且会明显增大冻结壁边界位置的温度梯度，使形成的冻结壁更均匀，冻结32d时单排和双排钢管内、外侧温差分别可达到11.2℃和7.6℃，而钢管外侧冻土的温度较冻结管下部对应位置偏高6.7℃和10.7℃。冻土边界位置4℃的循环水可有效控制冻土边界向外扩展，进一步提升冻结壁的均匀性，冻结32d时冻土边界位置钢管内外侧温差达到18.3℃，钢管外侧冻土的温度较冻结管下部对应位置偏高16.9℃。研究结果表明，冻结壁边界位置布设的钢管或4℃的循环水均可有效控制冻土边界的扩展，提高形成冻结壁的均匀性，显著削弱冻结过程中冻胀对周围环境的影响，而边界位置4℃循环水的控制效果更好。

结合一个具体的工程算例,对一种防护网与液氮冻土墙复合基坑的支护结构进行了温度场、位移场和应力场的数值分析,比较了低温盐水冻结和液氮冻结两种情况下温度场演变规律的差异,同时判断了该新型支护结构的安全性,主要得出:液氮冻结形成所需冻土帷幕的时间要比盐水冻结早许多;液氮冻结的冻结效果优于盐水冻结,所形成的冻土帷幕强度比盐水冻结大;计算出来的位移场值均很小;其主应力最小值也都很小,最大值为0.92 MPa;最大剪应力为0.17 Mpa;计算得出拉、压、剪应力值的安全系数均远大于2.由此最终得出的结论为:该工法安全可靠,可为今后类似工程提供重要的参考依据.

针对山东万福煤矿深厚表土采用冻结法施工的基础数据不足及工程经验欠缺等难题,采集万福煤矿的深部土样,开展深厚表土层冻土力学性能参数的测试与研究。结果表明:在本试验设计的冻结温度下,冻土试样的单轴抗压强度、三轴抗压强度、蠕变应力及冻胀力随着冻结温度的降低均呈现增大的趋势,同时深部表土层的冻土蠕变性质表现尤为明显,含水率和采样深度对冻结壁设计的影响不可忽略。通过对原状土单轴压缩试验、三轴抗压强度试验、单轴蠕变试验、冻胀试验等数据进行多元回归分析,综合考虑冻结温度、含水率和采样深度对冻土试样力学性能的影响,归纳得到的数学模型拟合程度高,相关性好,为深厚表土层冻结壁的设计和在不同地层地质条件下力学参数的确定提供了技术支撑。

基于冻结壁在卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的力学模型,利用冻土蠕变时的本构方程,模拟弹塑性力学的平面应变模型,分析人工冻结壁在井筒短段掘砌开挖过程中的力学特性,并推导出冻结壁的厚度计算公式。通过对实际工程的分析计算验证,该计算方法可应用于冻结壁的设计计算。

为掌握多圈管冻结壁温度场形成及融化规律,进行了人工冻土多圈管冻融全过程模型试验研究。试验结果表明:冻结与融化过程中的土体温度快速变化速率相当;融化阶段,土体温度在相变点处需要保持一个相对稳定的长时间过程;融化过程中冻结壁温度沿径向方向整体呈规则的二次抛物曲线分布,冻结壁平均温度随时间变化的关系可以用幂函数来表示;在冻结91.7 h的前提下,得到冻结壁融冻时间比介于1.47～2.04之间。试验结果为井筒冻结设计、壁间注浆最佳时间选取提供了理论依据。

本文采用室内冻结白垩系地层单轴蠕变试验研究我国白垩系地层人工冻结软岩热物理参数、冻结软岩力学特性及冻结壁设计。研究成果是白垩系地层人工冻软岩冻结壁力学计算的基础,为冻结壁稳定性分析与工程预测提供科学指导,对推动我国冻结法凿井理论与技术进步具有重大意义。

为了解人工冻结法凿井冻土冻胀对井架基础的影响,对淮南矿业集团顾北煤矿副井井架基础进行现场监测,在冻结壁形成期间,通过对所测数据的分析,初步得出冻土冻胀对井架基础的影响规律。对井架基础设计和施工有着重要的指导意义。

冻结法施工在上海隧道建设中(如隧道旁通道、地下泵房等的设计与施工)得到广泛应用,也曾引发过严重的地质灾害(如上海地铁4号线外滩段的地质灾害)。因此安全、经济、合理地将冻结法用于上海软土地区隧道建设中已经成为上海工程建设中的一个重要的研究课题。本文以上海复兴东路越江隧道旁通道冻结法施工中遇到的第⑥层粉质粘土及第⑦层粉细砂为研究对象,针对设计冻结壁重要强度参数无侧限瞬时抗压强度,进行了室内试验研究,揭示了两种土的冻结强度随温度的变化关系,同时研究了粉细砂的冻结强度随含水率的变化规律。