我国季冻土分布广泛,跨越了我国一半以上的省份,随着经济的发展及国家"一带一路"战略的提出,季冻区的交通基础设施建设规模也越来越大。经调查统计,季冻土路基常常会出现冻胀、融沉、沉陷、翻浆、边坡滑塌等一系列的路基病害,威胁行车安全,造成严重的经济损失。因此从季冻土覆盖范围、经济发展、国家战略布局和季冻土路基灾害的角度上,研究季冻土的强度变形特性显得尤为重要。季冻土的相关研究很不成熟,截至目前,连基本的冻融循环下抗剪强度指标的变化模式都存在很大争议。造成争议的根源就在于季冻土试验技术的不成熟,这种不成熟表现在多个方面,缺乏季冻土试验标准以及受试验仪器限制等等。因此注重试验的研究才能合理揭示季冻土的强度变形特性。本文对冻融循环土试验技术、季冻土静力学本构理论、冻融循环土强度理论和季冻土残余应变理论中的几个关键问题开展研究,提出季冻土制样新标准,得到了冻融循环下土应力应变关系变化规律与抗剪强度指标变化模式,给出了抗剪强度指标计算公式,得到了更符合实际的季冻土残余应变发展模式与更符合实际的振陷参数。主要工作和成果如下:(1)发现了常规土制样标准对季冻土试验的不适用性,指出了冻结融化使试样密度离散性...

随着季冻区公路工程建设规模不断扩大,路基在冻融及车辆荷载(尤其重载)协同作用下翻浆、沉陷等灾害现象频繁出现,需要对其致灾机理进行深入研究。本文采用英国GDS冻土动静三轴仪对季冻区路基土开展了常温、-5℃及-10℃三种环境下的动变形试验研究。主要工作有:(1)针对GDS仪器在试验中出现的围压进气孔及加载杆易冻结等实际问题,提出了采用耐压密封胶及硅胶干燥剂等处置方法,保证了冻土负温试验的顺利开展;(2)开展了常温下路基土动变形试验。在相同循环作用次数条件下,存在动应力临界值。当动应力幅值超过此界限,土体残余应变逐渐增大,直至破坏;反之,则土体应变速率逐渐降低,残余应变最终趋于稳定;(3)开展了-5℃及-10℃条件下路基土动变形试验。试验表明:同一动应力幅值作用下,随土体温度降低,其残余应变减小,但即便同在负温条件下,土的应变速率及最终值也有很大差异。试验得到的新认识对季冻区公路设计及灾害防治有一定指导意义。

通过新型低温动三轴仪的等幅循环荷载试验,以更为符合客观实际的围压、动应力幅值以及固结和冻结方式,研究了冻土冻结期的残余应变规律,包括了温度、荷载作用大小和次数对冻土的残余应变的影响。结果表明:冻土的残余应变随着荷载振动次数的增加不断增长,随着温度的降低不断减少;冻土的残余应变增长模式表现为开始阶段残余应变增长较快,后逐步缓慢增长,当动应力超过临界破坏应力之后,土试样残余应变迅速增长并达到破坏;低温冻土破坏应力较常温较大提高,低温-5℃提高了20%25%,低温-10℃提高了45%50%;冻土大多数荷载情况下处于非破坏状态,在一定次数荷载作用后,不同温度土的残余应变发展近似平行状态,大动应力幅值下的土试样的残余应变对温度更敏感。试验设计克服了以往试验过大固结应力和过大动应力的缺欠,得到的结果应符合客观实际。

冻土对温度敏感且性质易变,而高含冰量冻土的性质更是极不稳定,针对不同温度、不同围压下50%的高含冰量重塑冻土进行了动三轴试验.结果表明:动强度随着振次的增大线性减小,和温度呈二次变化关系,随着负温的增大而增大,围压对动强度影响不大;残余轴应变随着振次的增大而增大,呈幂函数的关系;随负温的增大而变小,围压对残余应变影响也不大.根据这些影响因素,分别给出了高含冰量冻土的动强度和残余应变的计算公式,这些结果可为该类土的动力特性研究提供参考.

基于等幅值循环荷载作用下低温三轴振动试验资料,研究冻结青藏铁路北麓河黏土在长期往返加荷情况下的变形特征。根据不同温度、动应力幅值、频率、围压等因素下冻土的应变与振次关系曲线,得到随着振动次数、动应力幅值、围压的增加残余应变增大;随着温度的降低残余应变值减小,高温冻土对动力作用敏感;存在某一临界频率(6Hz左右),当频率大于或小于临界频率,残余应变增加速度都将增大的结论,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。

基于不等幅值循环荷载作用下低温三轴振动试验资料,研究了冻结粉质粘土在分级往返加荷情况下的残余应变产生条件。根据冻土的残余应变与其温度、振次、含水量等因素的关系曲线,得到了随着温度的降低残余应变值减小、随着振动次数的增加残余应变值增大;含水量的变化对其影响很小的结论。根据冻土试样震融沉前后CT测试数据及扫描图像,定量地分析了土样结构微裂纹发展、密度变化规律,并对冻土特有的震融沉形成机理给予解释。