冻土工程国家重点实验室主要科研成果介绍(32大板子)

近相变区融冻土变形机理与过程研究-基础理论

近相变区冻土是指温度介于0~-1.0°C的冻土，由于冰-水处于敏感过渡区，因此其物理力学性质具有强烈易变和突变性，通过创新测试技术与方法，重点开展土体冻结与融化过程中孔隙水压力、冻结缘成冰与消融、融化固结过程研究。

    1、成功研制了用于高温冻土、正冻土、正融土中孔隙水压力测试传感器及实验装置，首次成功获取了恒定荷载作用下高温冻土孔隙水压力变化规律，完整地获得了土体冻结和融化过程中孔隙水压力的变化规律。

冻土孔隙水压力测试实验装置

高温冻土中孔压变化曲线

土体冻结过程中孔压随温度变化

   2、首次系统得到了土体冻结和融化过程中基质势变化规律，提出基质势或其梯度是土冻结过程中迁移的动力和源泉，明确冻结过程中未冻区固结现象，阐明冰-水相变中的广义克拉伯龙方程适用性问题，构建了稳态和动态下的冻结缘相变过程理论模型，为精准描述冻胀、融沉过程奠定重要理论基础。

pF-Meter基质势探头微型化

土冻结和融化过程中基质势变化过程

冻结缘相变过程动态理论模型

   3、考虑土体融化固结变形的几何非线性，引入大变形固结理论及考虑冰水相变的热传导理论，构建了冻土融化固结理论模型并开发相应数值计算平台。结果表明：大变形理论对几何非线性的客观描述能够显著提高融化固结应变的预测精度。

大、小变形融化固结理论与室内实验结果对比

 冻土路基固结度及标准化孔压随时间变化

                              冻土工程国家重点实验室主要科研成果介绍（33小板子）

                  近相变区融冻土变形机理与过程研究-工程应用

一般来讲，冻土地基变形包含活动层的冻胀、融沉变形，下覆低温冻土层的蠕变变形及两者之间高温冻土层的复杂变形。在查明冻土地基沉降变形机理与来源基础上，基于近相变区融冻土本构模型理论研究，构建一般寒区工程冻土地基沉降分析平台，应用于寒区工程热、力稳定性预测及评价。

   1、首次通过现场试验获取了高温―高含冰量冻土地基沉降变形随季节与冻土条件的变化规律，建立了沉降速率与冻土温度、含水量及荷载的关系。

 现场承台长期荷载试验

承台沉降变形随季节、荷载变化关系

    2、阐明了含冰量对冻土强度与变形的影响过程，揭示了冻融循环对土体物理力学性质变化影响机理，建立了高温高含冰量冻土弹塑性和超塑性本构模型，及考虑蠕变的冻土亚塑性本构关系，为高温高含冰量冻土变形预测奠定了理论基础。

高温高含冰量冻土弹塑性本构模型

高温高含冰量冻土超塑性本构模型

考虑蠕变的冻土亚塑形本构关系

   3、基于现场试验，查明了冻土地基沉降变形规律及主要来源，为快速评价和估算路基变形提供现场依据和理论基础。

   4、基于近相变区冻土物理力学性质，以及高温高含冰量冻土的强压缩特性、蠕变特性和冻融循环的影响因素，综合考虑融化固结、冻胀、高温冻土压缩和蠕变等变形过程，建立了一套适用于一般寒区工程冻土地基的沉降分析平台，此模型能够准确反应冻土路基沉降随时间发展趋势，可有效地应用于冻土路基热力稳定性预测与评价。

冻土路基沉降变形预测及验证