为探究季冻土区粉质黏土-混凝土界面剪切性能，进行了不同冻融循环次数、土体含水率和法向应力的粉质黏土-混凝土二元体冻融循环试验和直剪试验，探讨了界面抗剪强度、抗剪强度参数和抗剪强度损伤度的变化规律。结果表明：直剪试验得到的应力-应变曲线均发生应变硬化现象，可分为弹性变形阶段(剪切位移为0～3 mm)和弹塑性变形阶段(剪切位移为4～15 mm);冻融循环对界面抗剪强度有劣化作用，即通过对土体造成损伤，导致界面内摩擦角和黏聚力下降，从而降低界面抗剪强度；随着冻融循环次数增加，界面抗剪强度损伤度增加，当冻融循环进行0、4次，抗剪强度损伤迅速，冻融循环进行12～20次，抗剪强度损伤较缓，最大界面抗剪强度损伤度为25%;土体含水率的增加对抗剪强度有削弱作用，随着土体含水率的增加，界面内摩擦角降低，但黏聚力先增加后减小，当土体含水率为20.7%时，黏聚力达到最大值；法向应力的增加对抗剪强度有增强作用。
为研究应变率和含水率对冻土能量耗散的影响，通过■50 mm分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar）动力学试验，综合研究了不同冲击速度（4～10 m/s）、不同含水率条件（9%～18%）下冻结黏土的能量耗散特性。试验结果表明：（1）从耗散能的角度将冻土破坏吸能过程分为3个阶段：缓慢增长、快速增长和趋于稳定阶段；耗散能、反射能和透射能与入射能间呈一次函数正相关（R2>0.94）,且入射能、反射能、透射能和耗散能与平均应变率间也存在线性正相关关系（R2>0.87）;随含水率增加，能量反射系数、能量透射系数和能量耗散系数分别呈先递减后增加、先递增后减少和先递增后减少趋势。研究成果为冻土区爆破工程施工提供借鉴参考。
以国道322库—根公路工程为依托，通过对沿线多年粉质黏土冻土原状样进行融沉试验，分析了融沉系数随含水率、干密度的变化规律，发现弱融沉以上等级的粉质黏土冻土原状样的融沉系数随含水率的增大而增大、随干密度的增大而减小的规律，进而提出了多年冻土区粉质黏土路基的治理思路，为极寒地区多年冻土路基融沉治理提供了理论参考与科学依据。
以国道322库—根公路工程为依托，通过对沿线多年粉质黏土冻土原状样进行融沉试验，分析了融沉系数随含水率、干密度的变化规律，发现弱融沉以上等级的粉质黏土冻土原状样的融沉系数随含水率的增大而增大、随干密度的增大而减小的规律，进而提出了多年冻土区粉质黏土路基的治理思路，为极寒地区多年冻土路基融沉治理提供了理论参考与科学依据。
本文依据东北多年冻土区冻土试验,以正规状态法测定冻土样的导热系数,稳态法测定融土样的导热系数,通过二元线性回归分析。试验结果表明:导热系数随着含水量和干密度的增加而增加,液限和塑限是粉质黏土的导热性能突变界限,小于塑限的土体导热性能不受含水量影响,大于液限土体的导热系数趋近一个定值,粉质黏土的导热系数小于粗颗粒的导热系数,粉质黏土的黏土掺量和细砾石掺量可明显提高其导热系数。
合理确定冻结深度是季节性冻土区防冻设计的关键,为研究季节性冻土区黏土的冻结深度,统计了中国部分季节性冻土地区气温,获得了这些地区的气温特征,以此确定了室内试验的温度边界条件,开展了10%、20%、30%3种不同质量含水量的单向冻融循环试验。研究结果表明,10%、20%、30%3个试样的最大冻结深度分别为28、15、12 cm;鲁基扬诺夫公式预测值较Stephan公式、《建筑地基基础设计规范》公式、《冻土地区建筑地基基础设计规范》与《冻土工程地质勘察规范》公式的预测值更准确;利用未冻水体积含水率修正了《冻土地区建筑地基基础设计规范》的冻结深度计算值,其误差在6%之内,因而建议在季节性冻土区的黏土地区用该修正公式计算设计冻结深度。
以赵固二矿西风井冻结爆破掘进施工为背景,对爆破作用下冻结管的振动力学响应进行了研究。依据爆炸应力波理论,分析了考虑P波垂直入射时冻结管的力学响应机制。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟了冻结管受爆炸作用下的振动响应规律:振动波入射冻结管同一截面各测点振动速度相差不大,背爆侧振动速度最大,与P波入射成45°附近处冻结管振动速度较小。拟合出拉应力与振动速度的关系式。结合理论分析与数值模拟,得出冻土爆破时冻结管的安全阈值为64.76cm/s。研究成果可为类似工程爆破设计与振动控制提供参考。
为了研究冻融作用对木质素改良粉质黏土微观结构的影响,采用计算机图像提取与处理技术,对冻融前后的素土和木质素改良粉质黏土进行微观结构单元体、孔隙分布定性与定量分析,结果表明,木质素的掺入提升了粉质黏土的抗冻性。
依托吉舒高速公路工程,通过重复加载动态回弹模量试验、承载比试验和导热性试验,研究分析了粉质黏土在不同木质素掺配比例、养生时间及冻融循环条件下的力学性质。试验结果表明:随着木质素掺量的增加,木质素改良粉质黏土的回弹模量减小;冻融循环作用下木质素改良粉质黏土的回弹模量及CBR减小幅度较小,导热系数随着木质素掺量增加而减小。木质素掺入路基土,提高了其抗冻性,降低了导热性,推荐季冻区粉质黏土路基最佳木质素掺量为4%。
为研究季节冻土区含砂低液限黏土在不同埋深地下水补给时的单向冻融过程,采用由箱体、制冷/热系统和地下水补给系统等构成的冻融系统装置,对大尺寸土体模型进行单向冻融试验。试验结果表明:在冻融过程中,各土层平面的温度、含水率与冻融量均分布不均匀,且三者之间相互影响;在地下水补给下,土体的冻胀量大于融沉量,且融沉时长小于冻胀时长;不同埋深地下水对冻融的影响主要表现在对土体冻前初始含水率的影响,进而影响温度梯度和冻结锋面的变化,进一步影响未冻水的迁移、冻胀量和融沉量等发展,因此,冻融作用为温度场、水分场和位移场等复杂的多场耦合作用的结果。