冻土-结构物界面力学行为是工程设计的重要依据，界面的力学性能受应力状态的影响。为了探究三维应力对界面力学特性的影响，开展-5℃下不同围压、粗糙度和含水率的冻土-钢三轴剪切试验，分析冻土-钢界面力学特性和抗剪强度参数指标；设计不同因素的正交试验，对各因素进行显著性分析。结果表明：含水率和粗糙度对界面抗剪强度的影响均呈先增后减的趋势，围压与界面抗剪强度呈正相关；含水率低于最优含水率时，应力-应变曲线为强应变软化型，高于最优含水率时，应力-应变曲线为弱应变软化型；冻土-钢界面抗剪强度影响因素由强到弱依次为：含水率、温度、粗糙度和围压。基于损伤力学模型，给出了考虑围压、粗糙度和含水率影响的冻土-钢界面损伤力学模型，该模型可以较好描述峰值强度前的剪应力-位移关系。研究结果可为明晰冻土与结构物界面的极限承载力提供参考。

冻胀荷载作用下初始裂纹的形成、扩展导致衬砌结构的断裂是寒区衬砌渠道冻害的主要原因之一。在已有研究基础上，综合考虑地下水水位影响的梯形渠道冻胀力学分析方法及线弹性断裂力学理论，提出高地下水水位梯形渠道冻胀断裂力学分析框架。该模型将衬砌结构表面初始裂纹的失稳扩展及开裂破坏简化为Ⅰ型断裂力学问题，并提出应力强度因子与危险截面位置的计算方法。以塔里木灌区某梯形渠道为原型分析地下水埋深w对衬砌各截面应力强度因子KFⅠ（x）及合理板厚dr的影响规律。结果表明：地下水补给条件对KFⅠ（x）的大小影响显著；当w减小时，KFⅠ（x）呈非线性增大，此时渠道冻害风险也增大，与事实相符。地下水埋深越浅，保证结构安全所需衬砌板的合理厚度dr越大；当地下水埋深为3.0 m时，建议使用的合理板厚为9.0 cm。研究结果可为寒区渠道的抗冻胀设计提供科学依据。

梯形混凝土衬砌渠道在季节性冻土地区均会不同程度发生冻胀破坏。文章针对内蒙古河套灌区典型渠道冻胀受力情况进行分析，通过力学方法对冻胀破坏进行判断，为中国北方季节性冻土地区冻胀研究提供技术依据。

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。

为克服现有Winkler模型未考虑渠基冻土连续性的不足，引入Pasternak剪切层描述独立土弹簧间的相互作用，进而提出Pasternak冻土地基上梯形渠道冻胀力学分析方法。对基土均匀冻胀且无顶盖板约束的梯形渠道导出接触面法向应力、衬砌板冻胀位移及截面内力分布的解析式。以甘肃省某梯形渠道为例，应用本文模型和Winkler模型计算各衬砌板冻胀位移分布及接触面法向应力分布，并结合观测值进行了对比。结果表明：本文模型计算结果与观测值符合良好，且相比Winkler模型计算结果更接近观测值，能更加准确地反映衬砌冻胀位移分布规律，表明模型合理性。该模型能较好地体现法向冻胀力随衬砌冻胀变形的释放与衰减；法向冻胀力作用于坡板中下部且呈非线性、差异分布；中上部有脱开、翘起趋势而受法向冻结力作用；底板则只受法向冻胀力作用。研究结果可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。

【目的】明确高地下水位冻土区弧形底浅拱梯形渠道冻胀破坏机理并提出简捷、实用的抗冻胀设计方法。【方法】考虑此类渠道拱高明显小于断面整体深度的特殊性,基于Winkler假设提出衬砌体法向冻胀力计算方法。论证高地下水位渠道衬砌体微小刚性上抬位移对曲线形弧段切向冻结力的影响机制并提出切向冻结力计算方法。基于此构建高地下水位冻土区弧形底梯形渠道冻胀力学模型。【结果】以某弧形底梯形渠道为原型,对比分析不同渠底中心地下水位d对衬砌板截面内力及所受冻胀力的影响。结果表明,d越小则截面内力及冻胀力分布的横向差异越明显;z0越大,截面内力及冻胀力分布受地下水补给条件的影响越小,与事实相符。充足的水分补给时间、补给来源以及冻胀力横向的不均匀、不同步是此类渠道易遭受冻胀破坏的主要原因。【结论】该模型可较好地反映此类渠道的冻胀受力特性,计算结果合理、可靠,可为高地下水位冻土区弧形底浅拱梯形渠道抗冻设计和相关研究提供参考。

由于大型渠道断面大、渠坡长,渠基冻土沿坡长方向的切向冻胀及衬砌板的冻缩变形不可忽略,该文把大型渠道衬砌板的冻胀破坏视为两者共同作用的结果,结合冻土的Winkler弹性地基假设,并考虑冻土冻胀变形的双向冻胀差异,提出一种开放系统梯形渠道衬砌板法向和切向冻胀力的计算方法及内力计算公式。基于弹性地基理论推导了衬砌板的冻缩应力表达式,并由迭加原理提出大型混凝土梯形渠道衬砌板的抗裂验算方法。以甘肃靖会灌区某梯形渠道为原型,分析了衬砌板各截面内力和冻缩应力的分布规律,进而确定了各截面最大拉应力的分布规律及危险截面位置。对综合考虑冻土双向冻胀和衬砌板冻缩及仅考虑法向冻胀的2种情形进行对比分析表明,基于前者的衬砌板最大拉应力为2.134 MPa,而基于后者计算的相应值仅为1.494 MPa,与前者相比偏小、偏不安全。因此,在大型渠道的抗冻胀设计中建议综合考虑冻土双向冻胀和衬砌板冻缩变形的影响。

根据季节冻土区工程冻土力学模型试验的特点,研制出一套能够在低温实验室开展冻土力学模型试验的冻土力学模型试验台。该装置为全钢结构矩形箱体,由主体结构和附属结构组成。主体结构为保温箱体结构,主要由侧壁面板、反力梁、底板和箱体外侧保温系统组成;附属结构由底板温度控制系统、补水系统、加载系统,以及数据采集与处理系统组成。该装置在冻融模型试验中应用的结果表明,该装置能够满足冻土力学模型试验的要求,为更好的开展季节冻土区工程冻土及建筑物的冻害防治技术研究提供了先进的试验平台。

假定冻土粘塑性微元损伤符合修进的莫尔-库仑准则,损伤变量服从Weibull随机概型分布;基于热力学原理和统计损伤理论,通过推导得到了相关联流动法则下的蠕变损伤耦合本构方程。为了便于研究冻土蠕变和损伤的耦合作用,将提出的本构模型,通过用户子程序嵌入到有限元程序中。最后,对冻土中桩基承载力模型试验进行了数值模拟,结果表明:基于统计损伤理论的冻土蠕变本构模型能较好的模拟冻土蠕变变形的全过程,并且与实测蠕变变形十分吻合,该模型对冻土结构物长期稳定性分析和工程预测具有重要参考意义。

渠道冻胀破坏及其防治是我国北方季节性冻土地区渠道工程中的一个重要问题。本文从渠道冻胀破坏的机理、渠道冻胀预报模式、渠道冻胀力学模型研究和渠道冻胀防治措施等四个方面总结了我国近年来渠道冻胀防治技术的前沿研究成果。我国渠道冻胀防治技术已从单一材料向复合材料,单一结构向复合结构,半机械化向机械化方向发展。并对目前研究工作中存在的不足和今后应进一步开展研究的若干问题提出了8点建设性意见。