探究多年冻土区桩侧冻土含冰量差异对桩基础承载性能的影响,不仅有助于冻土区桩基础的设计施工,而且对桩基础变形防控有重要指导意义。利用ABAQUS有限元软件,模拟计算桩侧不同含冰量分布模式下桩基础的荷载传递和承载力。桩侧含冰量分布模式设置为:倒梯形(含冰量沿桩深减小)、灯笼形(含冰量沿桩深先增大再减弱)和正梯形(含冰量沿桩深增大)。结果表明:尽管桩侧总体含冰量相同,桩基础的承载性能受桩侧土体的含冰量影响显著。取荷载为26 MN进行分析,倒梯形、灯笼形及正梯形工况对应位移依次为0.026 m、0.030 m及0.032 m;在相同荷载下,桩侧土体含冰量倒梯形分布时的桩顶沉降要小于正梯形分布时的沉降,而灯笼形分布情况介于二者之间;桩侧摩阻力整体呈现上大下小的趋势。研究成果可为寒区基础工程设计与施工提供理论参考。

以中国青藏高原为代表的高寒高烈度地区，由冻融循环作用导致的材料性能劣化和气候变暖导致的多年冻土退化问题日益严峻，给桥梁桩基础抗震性能评估带来巨大挑战。为系统研究多年冻土退化以及材料冻融劣化对桥梁桩基础抗震性能的影响，确保其合理的抗震设计，该文建立考虑多年冻土退化和材料冻融劣化的桩-冻土相互作用有限元模型，对比分析了不同因素对多年冻土区桥梁桩基础抗震性能的影响机制。研究结果表明：随着桥梁服役时间的增加，桩-冻土体系的水平承载力、等效刚度和耗能能力均呈下降趋势；多年冻土退化与材料冻融劣化的叠加效应对桩基础抗震性能的影响更显著，具体表现为在桥梁服役100年时，桩-冻土体系的水平承载力降至初始值的55%左右，但仅考虑多年冻土退化时，其水平承载力降至初始值的89%左右。因此，如果忽略材料冻融劣化的影响，会导致桥梁桩基础抗震性能评估结果偏不安全。在多年冻土区桥梁桩基础的抗震性能分析中，除了考虑多年冻土退化的影响，还必须充分考虑材料冻融劣化的影响。

桩侧土体的性质与分布、桩体长径比是影响桩基础荷载传递规律的主要因素。桩周土体强度高、塑性强，且受含冰量和温度的直接控制，是冻土区桩基础的独有特征。充分理解冻土区桩基础的荷载传递规律及影响因素，不仅有助于冻土区基础工程的设计施工，而且对桩基础变形防控有重要指导意义。利用界面库仑摩擦模型和可以反映土壤塑性的Drucker—Prager准则，模拟计算了不同条件下冻土桩基础的荷载传递过程和承载力变化。结果表明，冻土区桩基础的荷载～位移曲线分为线性段、加速段、破坏段；降低土体温度、减小桩径可以降低线性段的变形斜率，提高极限荷载；而增加桩长会增大极限荷载，但不会显著影响线性段的变形斜率。总体而言，侧摩阻力在线性变形段呈R形分布并由上向下逐步发挥，在极限荷载后呈现正梯形分布；温度越低，桩径越小，桩越长，则桩侧中下部侧摩阻的滞后效应就越显著；桩侧土体热力性质的差异及分布，扩大了侧摩阻力分布的异化特性；桩侧上部土体温度越低，越有利于冻土桩基础的承载性能。

主要介绍冻胀的防御措施以及应用效果，对比光伏支架基础经济性和适用性等优劣势，从而总结地基土壤改良方式、桩基础埋深、柔性材料隔离及新型斜面基础防治措施，科学施策，获得抗冻胀效果显著的方法，例如保温法、涂敷法、套管法及钢管螺旋桩等，有利于减少季节性冻土对光伏支架设备的干扰，提供解决冻胀防治新技术和措施。

近年来全球升温明显，多年冻土退化趋势显著。为研究多年冻土退化对桩基础竖向承载力的影响规律，建立了考虑多年冻土退化效应的桩基础有限元模型，分析了多年冻土区季节活动层厚度的改变对桩基础竖向承载力的影响规律。结果表明，随着季节活动层厚度的增加，桩基础的竖向极限承载力呈现减小的变化趋势；不同季节活动层厚度工况下桩基础的最大应力均出现在桩头位置，最小应力均出现在桩底位置，并且随着荷载的增大，桩基础最大应力出现的区域呈现出由桩头位置逐渐向桩底位置扩大的趋势；当季节活动层厚度相同时，随着荷载的增加，土体应力整体呈增大的趋势，且最大应力出现位置均呈现出随着荷载的增大从桩身周围土体向桩底土体转移的趋势。

为研究多年冻土区铁路桥梁桩基础在竖向荷载作用下的承载性能及荷载传递机理，以多年冻土区广泛存在的高桩承台基础为研究对象，通过室内缩尺模型试验结合有限元方法分析桩基础几何尺寸和多年冻土温度对桩基础竖向承载性能的影响。结果表明：增加桩长能减小桩基础的沉降量并提高桩基础的极限承载力，桩长从1.5 m增至3.0 m过程中，每增加0.5 m，桩基础极限承载力分别增加41%,23%和15%，且能够减小桩基础端承力及其占比，但对桩基础的轴力、桩身应力和侧摩阻力的分布规律影响较小；多年冻土的存在对桩基础承载性能的提升更为显著，其中侧摩阻力发挥重要作用，且多年冻土的温度越低，其提升效果越明显，在多年冻土层温度为-5和-9℃时，桩基础的极限承载力分别为125.9和199.5 kN，相较于融土条件分别提升了2.98和5.31倍；桩基础在多年冻土层中的最大侧摩阻力分别约为300和500 kPa，是上部融土层的2.1和3.5倍；在上部融土层和多年冻土层的交界处桩身轴力、侧摩阻力、土体应力均发生明显变化。

为探究冻土热-力耦合效应对铁路重力式桥墩抗震性能的影响规律，采用热-力耦合方式建立了土-桩基础-桥墩相互作用下三维实体有限元模型，并利用拟静力模型试验结果对其进行验证。在此基础上，探讨了地表温度和融化层厚度变化对桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响规律。研究结果表明：采用热-力耦合方式建立的土-桩基础-桥墩有限元模型预测结果与拟静力试验结果吻合较好，能够有效模拟其水平地震荷载作用下的非线性响应；随着地表温度的降低，土-桩基础-桥墩体系的极限水平承载能力、初始刚度和累计耗能均会增大，但桩基础桥墩的侧向位移能力会出现一定程度的降低；随着季节冻土层融化深度的增加，土-桩-桥墩体系的极限水平承载能力、整体刚度退化和累计耗能曲线均出现大幅下降趋势，其中表层冻土融化深度从0cm增加到5cm时桩基础桥墩的抗震性能减弱幅度较为严重。

为了揭示多场耦合作用下多年冻土宽幅跑道温度应力的分布规律，首先，采用室内试验模拟了东北某地区冷季降温时多年冻土地温的变化过程，并与基于水热耦合理论建立的温度场模型进行对比；其次，依据东北地区多年冻土地质条件，并结合跑道结构力学参数随温度变化规律建立跑道水热力耦合的地基二维有限元模型；最后，分别计算了30年内1月、4月、7月和10月跑道道面结构和地基整体温度应力的分布规律。结果表明，基于水热耦合的有限元模拟计算冻土温度场的方法是有效的；跑道中间的水平温度应力影响深度约为5 m，一年中1月和7月温度应力变化较为显著，冻土地基大范围内以温度压应力为主，且逐年增大；道面结构层内的最大温度拉应力在1月出现在跑道中心面层，约占面层材料劈裂强度的30%，在7月出现在跑道基层，约占基层材料劈裂强度的28%，因而多年冻土区跑道地基温度应力在夏季和冬季需要引起重视。上述成果可为在多年冻土环境开展机场跑道设计提供参考。

为提升公路沥青路面设计水平，避免季节性冻土地区的沥青路面在重交通荷载作用下产生温缩开裂病害，影响行车安全性和舒适度。本文分析了季节性冻土地区重交通沥青路面的轴载计算方法、路面结构设计原则、沥青路面层数和层厚确定方法，并推荐了路面结构组合。同时，以某季节性冻土地区的公路为研究对象，分析了车辆轴载对路面弯沉、剪切力及基底拉应力的影响，以评价路面结构设计效果。

针对水冰探测过程中需要改变其物态以便于质谱分析的问题，提出了侵彻体撞击目标接触头处摩擦升温的计算方法。将侵彻体撞击冻土划分为“冻土”和“融土”阶段，高速移动热源摩擦升温法和侵彻体撞击冻土阻力法结合，提出了侵彻体撞击“冻土”阶段弹头处摩擦升温计算方法。利用仿真软件，得到了侵彻体以低于400 m/s的速度撞击时头部的升温曲线，与理论计算曲线基本一致，验证了摩擦升温函数的正确性。根据传热学理论，得到了系列速度下侵彻体撞击“冻土”阶段物态体积的改变量。