为了研究季节性温度边界条件对冻土路基融化固结特性的影响，对三维非线性大变形融化固结理论进行修正，引入季节性温度边界条件，并采用摩尔库伦准则描述土体融化后进入塑性阶段的沉降变形，建立了能够考虑季节性温度边界条件影响的三维非线性塑性融化固结理论。在此基础上，采用FLAC3D软件对所建理论模型进行数值化，并以青藏公路某段高含冰量路基为例，分析了其在季节性温度边界条件下的融化固结规律，最后结合实测数据验证了所建理论模型的有效性。研究结果表明，冻土路基的沉降变形随着地表温度的季节性变化而呈现出周期性的变化规律，这是季节性温度边界条件下冻土路基融化固结规律的最显著特征。通过对固结过程中孔隙水压力分布的研究发现，路基浅层融化区域内的孔隙水在运营初期已经消散，而在之后长时间的运营过程中，冻土路基融沉的持续发展主要是由于融化锋面处新融化的孔隙水的消散。

融沉是困扰多年冻土区工程建设与安全运营的关键因素之一。通过室内试验,针对两种初始干密度不同的青藏粉质黏土,在-8～24℃之间正弦波动的周期温度边界条件下,分别开展了无荷载、静荷载及动荷载作用下冻结饱和试样的融沉试验(试样的初始温度为-1℃),研究了试样内部温度、变形、孔隙水压力的时间变化过程。结果表明:温度边界相同时,在不同荷载作用下试样内部温度响应过程差异显著,反映了荷载对冻土融化速率的影响。在无荷载作用下,试样的竖向变形呈线性发展趋势,每次冻融过程中的融沉变形变化不大。在静荷载和动荷载作用下,试样的竖向变形呈先快速增加后逐渐稳定的趋势,且融化沉降变形主要发生在前3～4个冻融循环过程。试验结束时,在静、动荷载作用下试样最终变形量大于无荷载作用下,且干密度较小时竖向变形较大。在动荷载作用下,试样内部孔隙水压力变化幅度大于静荷载,且在前3次冻融循环过程中,动荷载作用下试样内部孔隙水压力消散数值大于静荷载,之后随着冻融循环次数的增加两者差异逐渐减小。试样融沉变形过程与温度变化、孔隙水压力的积累和消散过程密切相关。试验结果可为复杂边界条件下融化固结理论研究和工程中地基土体的融沉变形预测提供依...

在荷载的作用下孔隙水压力的消散是揭示冻土整体变形机理的关键,为了研究高温冻土中孔隙水压力变化规律,在不同温度、不同排水条件下,对高温冻土开展了压缩固结试验,并监测其在-1℃、-0. 5℃和-0. 3℃的条件下孔隙水压力及位移变化情况。结果表明:温度对孔压、变形有较大影响,温度越高,土体的变形速率越大,孔隙水压力峰值越大,消散速率也越快;而温度相同时,排水条件下的孔压峰值比不排水条件下的低,位移比不排水条件下的大;从试验结果中可以认识到,孔隙水压力在受骨架挤压增大的同时也在缓慢消散。

为研究多年冻土区高温冻土的变形机制,分析了高温冻土与融土在物理力学性质方面的相似性,基于高温冻土具有未冻水量高、相变剧烈、压缩性大及渗透性相对较高的特点,尝试将其变形机理考虑为固结。在文中提出了一种移动区间法用以计算冻土融化固结,基于孔隙冰、水压力相互转化的融化固结模型,采用移动区间法模拟了融化区及高温冻土区的孔隙水压力变化。数值模拟结果表明:孔隙水压力分布曲线的拐点对应于相变温度,融土区由于渗透系数较大、排水条件好而使得孔隙水压力消散较快,相应的孔隙水压力较小;高温冻土区由于渗透系数相对较小,不能及时排水,因此孔隙水压力较高。

在低含水率非饱和土模型的基础上,从冻土物理特性出发,只考虑毛细吸力和附加压力的作用,建立了非饱和高温冻土细观结构模型,并结合相关实验数据资料改进了高温冻土未冻水含量的经验关系式,基此推导出孔隙水压力、有效应力以及抗剪强度随温度、含水量的变化关系.同时,通过理论计算与实验(实测)结果进行对比分析,发现本模型能够很好地反映非饱和高温冻土的相关物理力学特性,尤其在定性上能够与宏观实测结果相吻合.最后,基于非饱和高温冻土微观模型,对非饱和高温冻土的有效应力、抗剪强度进行了讨论分析,给出了合理的理论解释,并对高温冻土相关物理力学特性做出了定性的理论预测.

采用2种室内压缩试验方法研究高温冻土在变温变载条件下孔隙水压力的变化规律,即通过恒载变温试验和恒温变载试验分别从升温和加载的角度考虑高温冻土中孔隙水压力的变化,分析了孔隙水压力与温度变化及加载的关系.结果表明:高温冻土中孔隙水压力变化对荷载较为敏感,温度决定了孔隙水压力变化的实效性,在温度越高的条件下,孔隙水压力对加载的响应越快.同时,试验提出了研制探头刺入式微小孔隙水压力计的研究思路,以便更加深入的研究高温冻土中孔隙水压力的变化.