冻土的松弛模量是进行蠕变力学分析的关键参数。但在理论方面,尚未基于球模仪试验建立较完善的松弛模量表征公式。基于半空间黏弹性理论和分数阶微积分理论,获得了松弛模量公式的非线性Kelvin模型解答并进行了材料参数影响分析。在给出恒载条件下,可以用单轴蠕变试验的分析结果评估基于球形压痕试验的冻土松弛模量来预测准确性。随后分别以冻结细砂的球模仪试验曲线、冻结砂和冻结砂质黏土的单轴蠕变曲线为例,预测了各条试验曲线和冻土的松弛模量,并通过其他试验实测数据进行了检验。结果表明:该松弛模量表征公式的材料参数最少,随各材料参数变化具有较佳单调性;基于球形模板试验,非线性Kelvin解答能对冻结细砂的松弛模量和位移曲线做出合理可靠的预测。非线性Kelvin模型能很好地吻合单轴蠕变试验曲线,基于单轴蠕变试验的冻结砂松弛模量随时间变化规律和数值范围与球模仪试验分析结果较一致,冻结砂质黏土的松弛模量随应力和温度的变化规律再现了已有研究结论。
为了揭示地气温影响下青藏高原多年冻土区宽幅路基内的复杂耦合换热机理,针对典型工况条件下冻土路基内温度场的分布特征及其随时间的变化规律开展了数值研究。将冻土路基的外部环境影响纳入研究模型,通过建立统一的地气耦合系统的二维非稳态计算模型,分析了路面宽度、风速、路基高度和走向等因素对冻土路基各表面温度年际变化特征的影响规律。研究结果表明:路基各表面的温度均大致呈正弦变化趋势,其中沥青路面始终保持较高温度,而天然地表温度在5月上旬和10月上旬出现明显阶跃变化;随着路面宽度的增加,路基各表面的年平均温度随之增加,而随着风速及路基高度的增加而降低,其中尤以沥青路面及两侧土路肩处的降低趋势最为明显;路基边坡处的年均温度与路线走向密切相关,在3种路线走向中,东西走向路基的右侧坡面和左侧坡面年平均温度分别出现最大值和最小值。