人工冻结法在矿山建设、地铁隧道、跨江跨海隧道施工等方面均有广泛应用,随着我国经济不断发展,城镇化进程不断加快,人工冻结法将更多的应用于城市地下工程建设中。人工冻土无侧限抗压强度作为冻结法设计过程中的重要参数,对于确保冻结法施工过程的安全性具有重要的作用,影响人工冻土无侧限抗压强度的因素:冻结温度、时间效应、含水率,同样会影响冻结法施工完成后周围建筑物的安全性及稳定性。以冻结时间、含水率、冻结温度、冻融循环次数为变量,以粉质黏土为研究对象,探究上述变量对冻结法施工过程中冻结土体和冻结法施工完成后融化土体力学性能的影响,并尝试从融化后土体微观结构的改变来解释宏观力学性能变化的内在机理。(1)对不同含水率的冻结粉质黏土在不同温度下冻结不同时间后开展无侧限抗压强度试验,探讨了冻结时间、含水率、冻结温度对人工冻结法施工过程中处于冻结阶段的土体力学特性的影响,分析了冻结粉质黏土应力-应变关系曲线和强度的变化规律,结果表明随冻结时间的增加、含水率和冻结温度的降低,冻土无侧限抗压强度增大,表现出依赖于冻结时间和冻结温度的冻脆性特征。(2)为了探究冻结法施工完成后融化土体的力学性能的变化,以含水率、冻融循环次数、冻结时间为试验变量,对未经冻结的粉质黏土以及经历一次和二次冻融循环后的冻融土开展直剪试验。通过试验将未冻结土体和经历冻结法先冻结再融化的土体力学性能进行量化对比,分析冻结法的冻融作用对粉质黏土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角的影响规律。结果表明,在不同的冻融条件下,冻融作用后粉质黏土抗剪强度均低于同条件下未经冻融作用的粉质黏土。(3)以冻结温度、冻结时间、冻融循环次数为变量,对在不同条件下先冻结后融化的粉质黏土进行SEM电镜扫描试验,结果表明对土体冻结,就相当于对土体骨架施加了大小方向各异的力的作用,同时液态水变成固态冰填充土体骨架间孔隙;融化则相当于卸去作用在土体骨架上力的作用,冻结融化后会破坏土体原有联结,内部孔隙增多,导致强度降低。图42表10参74