高温－高含冰量冻土变形机理实验研究

高温－高含冰量冻土的变形机理是冻土力学研究和寒区工程实践中亟待解决的一个问题。该项目拟以青藏铁路路基下高温－高含冰量冻土为主要研究对象，采用现场路基变形长期监测、冻土物理－力学性质原位测试以及室内高温－高含冰量冻土压缩试验等多种手段，综合分析高温－高含冰量冻土地区铁路路基产生沉降变形的主要原因，查明高含冰量冻土在冰－水剧烈相变区的变形机理，建立高温－高含冰量冻土的变形计算模型。最终提出高温－高含冰量冻土地区路基设计原则及路基稳定性控制措施，为青藏铁路路基病害防治及拟建中的青藏高速公路冻土路基设计提供科学依据。

本项目针对青藏铁路冻土路基下高温－高含冰量冻土的物理力学性质开展研究。先后开展了冻土路基温度－变形现场长期监测、高温－高含冰量冻土物理力学性质原位测试、高温－高含冰量冻土室内压缩试验、冻土路基沉降变形数值模拟计算等项工作。通过研究得出以下结论：（1）青藏铁路冻土路基即使在人为上限不断抬升的情况下仍可能产生较大的沉降变形，并且这种变形主要来源于天然上限以下高温－高含冰量冻土的压缩变形；（2）原位测试结果表明，高温－高含冰量冻土的应力－应变关系均呈现应变硬化特征，其关系可以用邓肯－张模型描述；（3）室内压缩试验结果表明，高温–高含冰量冻土具有较强的压缩性，当温度高于-1.5℃时，其体积压缩系数均大于0.1/MPa，至少属于中等压缩性土；（4）高温–高含冰量冻土的压缩过程与常规软土的固结过程极为相似，表现为固结与蠕变的综合作用。在温度较高时其变形以固结为主，冻土中未冻水的渗滤迁移是导致变形的主要原因，而在温度较低时由于孔隙冰的作用主要呈现流变机制；（5）在冻土路基沉降变形计算模型中仅将土体简单地划分为融土与冻土二个部分是不够的，应将这二者之间的过渡区域——高温冻土区单独考虑，从而建立合理的冻土路基沉降变形计算模式：已融土的固结变形+高温冻土的压缩变形+低温冻土的蠕变变形。