[研究目的]冻胀是季节性冻土区路基工程普遍存在的危害，系统地研究季冻区典型土类的冻胀规律可有效地为冻胀防治提供科学支持。[研究方法]本文基于原位钻探采取未扰动原状粉质黏土为研究对象，采用多通道光纤光栅测温系统监测冻结封面移动，采用单因素冻胀试验设计方法，开展-5℃、-15℃、-25℃温度梯度下封闭/开放系统冻结对比试验，探讨了不同水分条件对冻胀的特性，筛选了更大范围的原状土样的天然初始含水率，对冻胀率变化趋势进行了整体把握，主要结论补充完善了前人的研究结果，在封闭系统条件下变化趋势基本相同，但在开放系统下冻胀率的在变化趋势上、变化界限点和极值点上存在差异，同时构建了关于两种因素影响下的冻胀预测方程。[研究结果]结果表明：初始含水率和补水条件都对冻胀率有显著影响，封闭系统条件下，土体随着初始含水率的增大，冻胀率呈现先增大后趋于稳定的变化规律，开放系统呈现抛物线响应，不同补水系统条件下冻胀率相差2～5倍，决定原状粉质粘土的冻胀特性内在本质因素是其结构性。[结论]提出临界含水率（开放系统24%、封闭系统31%）控制指标与冻胀预测方程，可为地下水活动频繁的季节性冻土区工程中粉质黏土冻胀防治与冻...

为研究多年冻土地区公路路基填料的冻胀特性，采用颗粒筛分、易溶盐测试、毛细水上升高度观测与冻胀率测试等试验手段，开展了国道214公路沿线多年冻土段典型路基填料的工程特性分析与冻胀特性研究。结果表明：路基填料级配良好，易溶盐含量相对较低，毛细水上升高度较低，符合多年冻土公路路基填料的要求。在封闭系统下，路基填料冻胀率呈现出“S”曲线变化特征，冻胀率小于3%,冻胀等级为弱冻胀-不冻胀，满足填料冻胀要求；在开放系统下，路基填料冻胀率呈现出“勺”状变化特征，冻胀率大于7%,冻胀等级为强冻胀，严重威胁路基安全稳定。研究成果可以为多年冻土地区公路路基防排水设计提供理论基础与指导。

为深入研究地铁浅埋人工冻土的冻胀特性,以江苏某项目部地铁隧道盾构法施工土样为研究对象,进行人工冻结试验,包括常规土工试验、导热系数试验、三轴剪切强度试验和冻胀试验.数据分析表明:冻结情况下,砂质黏土和钙质黏土的导热系数增大、抗剪强度随围压的增加而增大,两种黏土类型的冻胀率与冻胀力随时间的变化相似,呈非线性增长,可分为强增期、弱增期和稳定期.对冻胀率和冻胀力随时间的变化规律采用2种指数模型进行曲线拟合,拟合精度均在0.98以上.

土体在低温下的冻胀将会对工程设施建设和运营等方面造成不利的影响,由于土体冻胀率受制于众多因素,因此土的冻胀率计算一直是研究的热点、难点。为了解决冻胀率计算难、繁等问题,以69组已知冻胀率样本为研究对象,采用支持向量机回归模型计算方法,随机选取59组样本对建立的径向基核函数和多项式核函数两种预测模型进行训练,再利用训练后的两种预测模型对10组样本进行预测。通过试验值和两种模型训练值、预测值进行对比,结果表明径向基核函数预测模型的预测效果更好。建立的冻胀率预测模型将支持向量机回归模型在人工冻土方面应用进行了拓展,为冻胀率预测提供了一种新的智能方法。

多年冻土区运营的油气管道的地基土冻胀融沉容易引起管道的屈曲变形,严重影响管道的安全稳定。以大兴安岭多年冻土区中俄原油管道沿线4种典型的管道地基土为研究对象,通过冻胀、融沉试验分析了各种土样的融沉系数、冻胀率与其影响因素之间的关系,采用灰色关联度法对融沉系数、冻胀率影响因素的敏感性进行了分析。结果表明:试验土样的融沉系数和冻胀率受含水率、干密度等因素影响较大,超塑含水率、含泥量及烧失量对粉土、砂土及泥炭化土亦有显著影响。通过灰色关联度分析可知,含水率虽是冻胀、融沉的最主要影响因素,但并非绝对,对于有的土质其含泥量与超塑含水率起主要作用,设计施工时需要高度重视。研究结果可为多年冻土区埋地管道的设计、施工、运营维护以及冻害防治提供科学依据与理论参考。(图10,表7,参23)

为探究冻融循环作用对季节性冻土区铁路路基变形特性的影响,以兰新铁路的路基填土为研究对象进行冻融循环试验和固结压缩试验,得到了冻融变形和压缩特性的变化规律,并利用正交试验对压缩特性的影响因素进行显著性分析。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,冻胀率和融沉系数均呈多项式函数增加;在相同冻融循环次数下,两者均与含水率呈正相关,与压实度呈负相关。压缩模量随冻融循环次数的增加先增加,最终趋于稳定,各因素及其交互作用对压缩模量的影响从高到低依次为压实度B、含水率C、冻融循环次数A、B和C的交互作用BC、A和B的交互作用AB、A和C的交互作用AC。建议选取9次冻融循环后的压缩模量作为兰新铁路路基强度设计值,该研究成果对防治冻胀融沉和控制路基变形具有一定的指导意义。

在矿井建设中,人工冻结法施工技术被广泛应用,但冻结施工中土体冻胀所带来的危害也不能忽视。本文通过对取自淮南某矿不同深度的细砂土和黏土试样进行人工冻结的冻胀性能试验,得出了这两种试样的冻胀特性以及冻胀力和冻胀率与时间的关系。

在多年冻土热–力耦合数值模拟中,冻胀系数是二场耦合的关键热物性参数。现阶段大多学者均以负的热膨胀系数作为冻胀系数,仅考虑温度的变化,但冻胀系数实则受多种因素影响。以弹性力学为理论依据,在不考虑水分迁移引起土体冻胀的情况下,研究原位水分冻结引起冻胀过程中土体冻胀率η与冻胀系数α(T)之间的关系。综合考虑温度、土体泊松比以及不同土质在冻结状态下冰水相变速率等影响因素,推导出二者之间的关系公式。结合青藏高原清水河地区土质的实测基本物理参数,利用本文推导的公式计算冻胀系数并与传统计算方法相比较。结果表明考虑多因素的计算方法误差更小。能够在数值模拟中更准确地模拟土体由于原位水分冻结引起的冻胀过程。

季节性冻土地区的桩基础设计涉及到抗拔稳定性,确定冻胀力才能验算基桩的稳定性。通常桩的冻胀力可以通过地勘报告或经验公式两种方法得出,本文以我国大量的实验数据为依据进行切向冻胀率、单位切向冻胀力的分析,得出季节性冻土切向冻胀力的经验公式,经过了国内工程项目验证符合实际,具有指导意义。在国外季节性冻土地区,若没有得到详勘报告的情况下,可以采用本文的经验公式用于初步设计。

大兴安岭地区冻土冻胀型冻害对浅埋式石油管道的安全稳定运行威胁很大。目前国内有关研究多采用闭式冻胀模拟试验,试样的含水率、干密度等因素是假设不变的,相比之下,采用各因素随试验进展而不断变化的的开式冻胀试验更能反映实际冻胀型冻害。为此,对中俄原油管道沿线5种冻土进行了开式冻胀模拟试验,测定了各种土料冻胀率与含水率,并据此分析了二者的关系,同时与闭式冻胀试验结果进行了对比分析,还应用限制位移法测定了法向冻胀力,并与静力平衡法试验结果进行了比较和差异显著性检验。试验结果表明:(1)开式冻胀试验的冻胀率大于闭式冻胀试验的冻胀率;(2)细粒土的冻胀率对土料冻胀率的影响十分显著,并且土料的毛细管作用或抽吸作用越强烈,冻胀率就越大;(3)粗粒土的冻胀率主要受含泥量的影响,其冻胀率比细粒土小;(4)法向冻胀力的大小与试验方法和试样高度的关系密切;(5)开式冻胀试验方法更适用于大兴安岭地区管道地基土的冻胀研究。结论认为:该区多年冻土区管道垫层和挖填层的土料应选用含泥量较少的砂砾或碎石,且需要采用塑性较大的黏性土做好防排水管堤。