基于水热变化下的人工冻土力学试验是人工冻结法设计过程中进行合理设计和安全施工的前提和必要条件。通过采用设计正交试验及统计拟合方法，针对海测滩煤矿立井井筒处黄土冻土试样进行不同含水率及冻结温度下抗折强度试验，分析了冻土的挠度-抗折强度变化关系及其力学性能，对比了不同含水率及不同冻结温度下冻土抗折强度变化，并对立井井筒黄土基土在冻结过程中的抗折强度建立了基于冻结温度、含水率变化的预测模型。结果表明，立井井筒处冻土的抗折强度随含水率的增大呈先增加后减小变化，在含水率15%～20%时其抗折强度较大；冻结温度与冻土抗折强度呈近线性关系，温度降低，冻土抗折强度增大；采用冻结法施工时冻结参数选择温度-15℃,含水率20%较为合理。

依托宁波地区甬舟铁路金塘海底隧道工程，针对隧道洞身范围的粉土和粉质黏土，在不同温度和不同含水率条件下进行冻土抗折强度试验，研究人工冻土抗折强度随温度和含水率变化的规律特征。结果表明：粉土和粉质黏土冻土抗折强度均随冻结温度的降低而增大，冻土抗折强度受冻结温度影响明显；不同含水率对粉土和粉质黏土抗折强度有一定影响，粉土试样在含水率为30%时，其抗折强度最大，粉质黏土试样在含水率为34%时，其抗折强度最大；当土层的含水率超过饱和最优含水率时，冻结土的抗折强度减小。试验结果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供科学指导。

目前关于冻土的强度已有学者采用不同试验方法进行了相关研究,而在分析人工冻土墙实际受力状态,尤其是抗折强度方面需要进一步完善。该文设计并研制了人工冻土抗折试验设备,该设备满足抗折试验规范的要求,且能减小试件与加载装置接触不良引起的误差。利用该设备进行了不同土性的人工冻土抗折试验,研究了土性、冷冻温度、含水量等参数对人工冻土强度的影响规律,可为工程设计、施工提供参考。

基于室内实验研究了人工冻土(重塑粉质黏土)在三点式和四点式两种加载方式下加载速率对抗折强度的影响规律。结果表明:两种加载方式下,破坏类型均呈明显的脆性破坏特征,加载速率对破坏特征几乎无影响。三点式加载方式下,抗折强度与跨中最大相对挠度均随加载速率的增大而呈线性增大趋势,试验范围内(加载速率30～75 N/s),加载速率提高1 N/s,强度增大0.023 MPa,跨中最大相对挠度增大0.038;而四点式加载方式下加载速率对抗折强度及试件破坏时跨中最大相对挠度均无影响。仅从研究人工冻土抗折强度基本特性出发,采用四点式加载方式确定其抗折强度更为合理。

人工冻结法目前已经广泛的应用于城市地下工程建设中,在地铁工程中,人工冻土墙常用做地下联络通道的临时支护帷幕,在联络通道开挖过程中冻土墙承担着上部土压力和侧向土压力作用,因此在挡土墙中会有受拉区,设计时需要进行抗拉强度验算,人工冻土的抗拉强度是通过抗折强度试验来确定的。文章通过设计人工冻土抗折强度试验,对不同土质、不同含水量在不同冷冻温度下进行抗折强度试验,得出抗折强度与含水量和冷冻温度之间的关系。