冻土抗剪强度的围压效应是寒区工程建设与冻结法施工工程承载能力分析的基础与前提。随着围压的增大，现有冻土抗剪强度试验结果既有先增大后减小的两阶段试验规律，也有先增大后减小再增大的三阶段试验规律。为描述冻土抗剪强度的特殊规律，该文对土与冰的特性分别进行了分析，认为冻土的抗剪强度所呈现的多阶段发展规律，不仅因为其继承了未冻土的强度特征，还由于冻土中孔隙冰的存在对抗剪强度有特殊的贡献。基于此，该文将冻土抗剪强度分解为反映黏聚摩擦特性的基准强度与由于存在孔隙冰而表现出的特殊贡献强度。通过利用幂函数强度表达式作为冻土的基准强度，并进一步构建描述冻土强化弱化规律的贡献强度，从而发展得出考虑冻土复杂围压效应的三阶段强度准则。对不同类型冻土的两阶段与三阶段试验结果进行的预测表明，所建立的冻土三阶段强度准则能够合理地描述冻土的抗剪强度变化规律。

随着高原环境温度升高和道路负荷的加重，青海省冻土区公路病害频发，为提高冻土区公路使用寿命，以青海省S101公路沿线冻土地区路基土为研究对象，通过在升温作用下对不同初始环境负温度、振动频率和围压的冻土进行动三轴试验，研究了冻土温度逐年升高对冻土区公路抗振陷能力产生的影响。结果表明：不同初始环境负温度直接升温至相同温度，升温冻土的最大动剪切模量明显大于恒温冻土，升温冻土振陷量随初始环境负温度的降低而增加；冻土由同一初始环境负温度梯度升温时，冻土振陷量随梯度升温值的增加而增大，冻土动剪切模量随梯度升温值的增大而减小，升温冻土间累积应变差值随梯度升温值的增加呈先增大后减小的趋势；振动频率和围压的升高均会增大冻土的动剪切模量，同时提高冻土的抗振陷能力。可见，升温作用和梯度升温值的增大均会降低冻土抗振陷能力，因此在冻土地区进行公路建设时要综合考虑初始环境负温度、梯度升温、振动频率和围压耦合作用的影响，这将有助于提高冻土区公路的使用寿命。

利用SHPB装置对冻土在-6℃和-16℃时进行有无主动围压的动态冲击试验，对比分析了两种状态下的冻黏质土的应力-应变曲线及其强度和破坏形式。结果表明，无围压作用下冻土的应力-应变曲线比主动围压作用下的应力-应变曲线多了黏性阶段；主动围压对冻黏质土动态抗压强度提高作用大于无围压，两种状态下的冻土都有应变率效应和温度效应；无围压作用下的冻土破坏呈脆性破坏。

通过对南京典型粉质黏土?10℃冻土在不同围压、固结方式、应力路径条件下的三轴试验,分析不同因素对三轴强度影响,结果表明:最大轴向偏应力随围压增大而线性增大,且重塑粉质黏土冻土的最大轴向偏应力随围压的增大速度大于原状粉质黏土冻土的增大速度;固结方式对内摩擦角影响较大,对黏聚力影响不大,先等压排水固结再冻结试样强度会大幅度提高;强度和弹性模量受应力路径影响,其中常规加载应力路径强度及弹性模量要大于卸载应力路径强度及弹性模量;基于Duncan-Chang模型建立考虑围压影响的冻结粉质黏土本构模型,参数a、b与围压呈负相关,获得原状粉质黏土以及先等压排水固结再冻结、先等压不排水固结再冻结和先冻结后固结重塑粉质黏土的破坏比均值分别为0.87、0.89、0.93和0.87。

围压和温度是影响冻土强度的两个重要指标,并最终决定冻土的微观结构。文中利用MTS应变式冻土三轴仪进行了3个围压水平(300,400,500 kPa)、3个负温水平(-5,-10,-15℃)共9个试样的强度试验,并根据莫尔-库仑破坏准则确定了不同条件下的抗剪强度参数。基于土微结构研究方法,对从不同围压和不同负温破坏试样上获得的样品进行了电镜扫描观察,利用Leica QWin图像分析软件提取到了11个孔隙体微结构参数和11个颗粒体微结构参数。在此基础上,基于统计学原理,对孔隙体微结构参数和颗粒体微结构参数进行了主成分分析。对微结构参数的研究表明,第1主成分代表了微观参数水平截距、垂直截距、周长、颗粒密度,可以反映孔隙71%和颗粒50%以上的信息,第2主成分主要代表微观参数的面积分数和面积填充,可以反映孔隙17%信息和颗粒36%左右的信息。另外,围压梯度(100 kPa)在恒负温下对冻土强度的影响要比负温梯度(5℃)在恒围压下对冻土强度影响大,其强度变化的比值约为4,并在此基础上得出围压与负温对冻土强度的影响关系。冻土微结构孔隙和颗粒参数同时受到围压和负温的影响,其主成分F1变化基本一致,而...

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB),以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明:在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12℃和-16℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。

采用37φmm铝质分离式Hopkinson压杆试验装置,研究了冻结温度为-8℃、-12℃和-16℃条件下人工冻结黏土在单轴和围压两种受力状态下的冲击破坏特征和强度特性。试验结果表明,当应变率相同时,单轴和围压两种受力状态下人工冻土的最大应力均随冻结温度的降低而增大,表现出较强的温度效应。在高应变率加载条件下,两种受力状态下人工冻土的冲击破坏形态分别呈现出脆性破坏和黏塑性破坏。当冻结温度和冲击气压相同时,两种受力状态下人工冻土表现出明显不同的动力特性,且围压状态下人工冻土最大应力明显高于其在单轴状态下的最大应力,呈现出明显的应力强化特性。

为了探明排水条件对高温冻土应力松弛特性的影响,开展了室内松弛试验,研究了排水和不排水情况下高温冻土的应力松弛过程.结果表明:围压对高温冻土的松弛过程影响明显;不排水情况下,围压增大,松弛稳定历时延长,瞬时松弛量增大;松弛过程初期松弛速率受围压影响较大,而后逐渐减弱;排水情况下,松弛过程发展初期的松弛速率略高于不排水情况,但随松弛历时延长这种差别逐渐减小.随着预应变量增大,体积-时间曲线从应变软化状态过渡到应变硬化状态.不排水情况下,松弛过程中的体积变化过程呈先体积收缩后体积膨胀;排水情况下,高温冻土体积在较短历时内迅速收缩,而后基本保持不变.排水情况下,高温冻土的体积变形大于不排水条件下,围压愈大,这种趋势愈明显.

围压作用下，影响冻结砂土强度弱化的主要原因是孔隙冰的压融、矿物颗粒细化和微裂隙的发育；影响冻结粉质粘土强度弱化的主要原因是孔隙冰的压融和微裂隙的发育．这些过程不是独立存在的，而是共同影响。共同作用，从而导致了冻土强度的弱化

在大量低温动三轴试验资料基础上,对冻土的动应力-应变关系试验成果进行了分析,给出试验温度、围压、土的含水量、轴向动荷载的振动频率和振动次数等对冻土的阻尼比的影响关系,得出了冻土温度、围压、频率是影响冻结粉质粘土动阻尼比的主要因素,即随着温度的降低、围压的减小、振动频率的增加,冻土的阻尼比减小的结论,从而为进一步深入开展冻土场地动力特性研究提供了基础的试验资料与研究结果。