在拱北隧道施工中首次采用的管幕冻结法暴露了设计阶段未能预见的施工期长期稳定性问题，涉及管幕冻土复合结构中冻土与结构接触面的剪切蠕变特性。目前尚缺乏针对冻土与结构接触面的蠕变模型来准确描述接触面的剪切蠕变特性。基于分数阶导数推导建立能够同时描述冻土与结构接触面在衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段力学行为的理论模型，该模型将Maxwell模型中的黏弹性部分替换为Abel黏壶元件，并融合一个由剪应力控制的蠕变加速元件；通过自主改装仪器，得到冻土与钢材接触面剪切蠕变试验结果；基于Python语言开发含分数阶的多参数同步最小二乘拟合程序，拟合对比各因素条件下冻土与结构接触面剪切蠕变试验曲线；最后，分析模型中应力控制加速元件参数敏感性，揭示加速指数N和分数阶阶数λ对加速蠕变阶段的影响规律。研究结果表明：(1)分数阶Maxwell加速模型中分数阶导数明显改善蠕变曲线的非线性渐进过程，而剪应力控制加速元件准确地模拟加速蠕变阶段；(2)与传统模型相比，在不同试验条件下分数阶Maxwell加速模型均展现了更高的适用性和精准性；(3)蠕变模型中加速指数N越大，其加速效果越明显，速率也越快；随着分数阶阶数λ...
针对华北北部地区桩土界面的稳定性开展研究，采用往复直剪仪，在不同法向压力下进行常规直剪试验和往复直剪试验，重点探究了在负温条件下6种细粒含量(0%、10%、20%、30%、40%、50%)对冻土-混凝土界面冻结强度和剪切刚度的影响规律．结果表明：随着细粒含量的增大，常规直剪条件下界面的峰值强度变大，冰胶结强度占比随之提高，且割线模量也不断变大；在往复剪切作用下，界面剪切刚度随剪切循环次数的增加不断衰减，30%细粒含量时界面的剪切刚度衰减幅度最大；虽然细粒的加入会增大界面的剪切刚度，提高界面抵抗变形的能力，但在往复剪切作用下细粒会使界面剪切刚度衰减幅度变大，不利于结构的稳定性．通过层次分析法得出往复剪切次数、细粒含量、环境负温对界面剪切刚度的影响权重分别为58.52%、25.40%、16.08%；该分析结果可为相关工程实践提供参考依据．
盐渍冻土与混凝土接触界面的力学特性对寒旱区道路工程结构的稳定性和耐久性有重要的影响。为了揭示多因素作用下盐渍冻土-混凝土接触面力学特性，通过室内试验和数学模型探究了接触面剪切应力-位移关系和剪切强度变化规律。开展了补水和不补水、冻融循环方式（单向和整体冻融循环）、冻融循环次数（0、5、10、20）、含盐量（0、0.5%、1%、2%、3%、4%）、含盐类型(NaCl和Na2SO4)、剪切温度（-2℃、-5℃、-10℃）等条件下的盐渍冻土-混凝土接触面直剪试验。基于龚帕兹模型拟合了接触面的剪应力-剪切位移关系。并运用灰色相关理论分析了各影响因素与接触面剪切强度关联性。研究结果表明：冻融循环方式对接触面抗剪强度的影响差异不明显，但随着冻融循环次数增加，接触面抗剪强度均逐渐降低。接触面抗剪强度随着盐含量的增加而降低，当含盐量超过2%时，硫酸钠和氯化钠冻土接触面抗剪强度呈现相反变化规律，其中硫酸钠冻土接触面强度增大。当温度降至-5 ℃及更低温度后，补水条件对接触面抗剪强度起增强作用。龚帕兹模型与盐渍冻土-混凝土接触面的应力位移关系吻合较好，可用于评价寒...
随着西部大开发和振兴东北战略进一步深化，各种寒区工程得以大规模修建。为了保证建、构筑物的寿命，使其在服役期内能够保持正常的工作状态，要求冻土和结构物具有良好的冻结强度和稳定性，冻土-结构接触面特性是冻土力学特性最直接的反映，而接触面粗糙度是影响这一特性的重要因素。因此主要从粗糙度出发，根据国内外现有冻土-结构接触面剪切试验研究成果，从粗糙度的评定、粗糙度对力学特性的影响及其微观机理等方面进行了系统的分析；最后基于Gompertz模型构建了可考虑粗糙度影响的接触面剪应力-剪切位移本构模型，验证表明，该模型能够较好地描述接触面的剪应力-剪切位移发展规律。
通过一系列高温冻土-现浇混凝土接触面的负温直剪试验,分析接触面剪切力学特性和受力变形机理,采用二元介质模型对接触面受力变形机理进行力学抽象,引入破损率和应力分担率函数,假设接触面各微元强度服从Weibull概率分布,建立高温冻土-现浇混凝土接触面的本构方程。研究结果表明:接触面剪切变形破坏发生在富含冰膜的界面冻土上,接触面应力-位移曲线表现为应变软化型,可将其划分为4个阶段。在各接触面影响因素中,温度对接触面冻结强度影响最显著,二者呈指数函数关系,法向应力和含水率与冻结强度呈线性关系。基于二元介质理论建立的力学模型和本构关系科学地揭示了接触面微观受力变形机理,较好地描述接触面应力-位移曲线全过程及应变软化现象,可为高温冻土地基中结构承载力的数值模拟和安全评价提供理论依据。
目前来看，在构筑物与土体表面粗糙度影响土-构筑物接触面间切向冻胀力方面的研究还较少，因此，本研究从川西季节冻土区渠基土-衬砌接触面的切向冻胀力问题出发，着重考虑衬砌表面粗糙度这一因素对接触面间抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的影响规律和影响效应，并结合环境温度、含水率及冻结时长，利用正交分析综合探究了4种因素对接触面间峰值抗剪强度影响的相关性和显著性，结果表明：接触面间抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随衬砌表面粗糙度变化呈现相同规律，即衬砌表面越粗糙，3项指标随即增大。正交分析中揭示了影响接触面间峰值抗剪强度大小最显著的因素是衬砌粗糙度，其次是环境温度和含水率，冻结时长的影响效应不显著，同时低温、低含水率、较长冻结时长、较高衬砌粗糙程度下的峰值抗剪强度越大。此项结果可为季节冻土区渠系工程防冻胀危害提供理论支撑。
为研究冻融循环作用对冻土–混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。
在高寒区水利工程中,冻土与混凝土接触界面的力学特性对于衬砌的稳定性和长期服役性能有着重要的影响。为研究冻土-混凝土界面冻结强度特征与形成机理,开展了试验温度为-1～-5℃,初始含水率为9.2%～20.8%,法向压力为50～300 kPa条件下冻结黄土-混凝土界面直剪试验。通过研究界面剪切应力-位移曲线特征,结合摩尔库伦强度理论,将峰值强度分解为残余强度和界面冰胶结强度,对冻土-混凝土界面冻结强度形成机制进行解释。相应将界面黏聚力分解为峰值强度黏聚力和残余强度黏聚力,界面摩擦系数分解为峰值强度摩擦系数和残余强度摩擦系数。结果表明:界面冰胶结强度随着试验温度下降而增大,但受法向压力影响很小。在初始含水率为13.1%,法向压力100 kPa时,试验温度由-1下降至-5℃,冰胶结强度由4.4增加至111.1 kPa。界面残余强度随着法向压力增大而增加,但受试验温度影响很小。在含水率20.8%,试验温度-5℃时,法向压力由50增加至300 kPa,残余强度由34增加至177 kPa。界面峰值强度黏聚力随温度的降低呈指数增长,在含水率13.1%时,温度由-1下降至-5℃,峰值强度黏聚力由35.09...
为探究冻土与结构接触面冻结强度影响因素及其影响规律,依据接触面冻结强度传统定义,应用压桩法原理研制冻土与结构接触面冻结强度测定系统,并利用该系统开展多影响因素条件下接触面冻结强度测定试验研究。试验研究表明:冻土与结构接触面冻结强度呈现脆性破坏及应变软化,残余强度呈周期性波动及衰变等典型特征;冻土与结构接触面冻结强度受接触面温度和粗糙度影响显著,在试验温度范围内,分别呈线性和对数函数关系。利用埋设于抗压桩身侧面的微型土压力传感器,揭示了接触面压应力沿桩身分布规律,以及接触面压应力随冻结时间、剪切位移变化规律,并将其与接触面温度、冻结强度等变化规律进行对比分析和验证。
土与结构接触面的研究一直以来是岩土工程研究的热点之一。为研究位山灌区渠系工程冻害破坏问题,开展了不同盐类型、不同含盐量、不同含水率条件下渠道下卧盐渍土-混凝土衬砌冻结接触面直剪试验研究。结果表明:冻结状态下接触面的应力-位移破坏性状呈脆性破坏,存在明显的峰值应力;剪切变形包括线性变形和非线性变形,线性变形随含水率和含盐量的增大而减小,非线性变形随含盐量的增大而增加;剪切模量随含水率的增加而提高;随含盐量的增加而降低;抗剪强度随含水率的增加而增大,随Na Cl含盐量增加而降低,随Na2SO4含盐量增加先降低后升高;通过对变形能的分析发现,含水率w=14.7%和w=16.7%时具有相似特征,即Na Cl含量为0.5%时,曲线存在极(最)小值。