季冻区膨胀土工程的稳定性在膨胀土的不良工程性质以及季冻区特殊的气候条件影响下受到严峻挑战,冻融作用下的水分迁移以及水分变化导致的伴生现象致使浅层膨胀土发生胀缩变形和力学性能劣化,继而严重影响该区域工程运营的安全。因此,针对季冻区膨胀土工程特点,开展基于冻融循环作用的压实膨胀土的相关研究工作对于季冻区膨胀土工程的冻融病害防治是十分必要的。为研究季冻区浅层膨胀土在冻融循环条件下的变形特性与力学特性,首先采用自制的模型箱对压实膨胀土进行冻融循环条件下的一维土柱模型试验,对冻融环境中土体内部的温度、孔隙水压力及竖向胀缩位移的变化规律进行研究。然后通过全自动三轴试验系统对经历0～7次冻融循环试验的不同含水率的试样进行不固结不排水三轴剪切试验,研究压实膨胀土的应力-应变关系、弹性模量与抗剪强度等力学参数随冻融循环次数、含水率及围压变化的规律,并基于三轴剪切试验数据建立膨胀土破坏强度的预测模型。本文的主要研究结论如下:(1)单向降温条件下,较浅处土体距离冷端较近,土体内的温度梯度较大,降温速率较快,开始冻结后温度快速降低,导致其降温曲线与湿土的典型降温曲线相比并没有明显的恒定阶段出现。在冻结过程中,土体内部降温自上而下,在上层土体发生一定程度的冻结之后,下层土体冻结时失去自由面,随着温度进一步降低,未冻水进一步发生相变,导致下层土体受到冰胀挤压,从而导致孔隙水压力小幅增长。在融化过程中,上层土体融化导致冰胀挤压力快速减小,导致下层土体中的孔隙水压力在快速增大后又迅速减小。(2)冻融循环过程中孔隙水压力和竖向胀缩位移的变化受深度和冻融循环次数的影响较大。土层深度越浅,孔隙水压力在冻融过程中的波动越剧烈,竖向位移的变化幅度越大。首次冻融过程中孔隙水压力和竖向位移的变化幅度较大,随着冻融循环次数增加,两者的变化幅度逐渐减小。在第一次冻融过程中,土体的冻胀量大于融沉量,在后期冻融作用下,土体的粘聚力和摩擦力减弱,土体抵抗沉降的能力减小,导致冻胀量小于融沉量,土体相对于初始状态表现为整体下沉。(3)冻融循环作用、含水率及围压对季冻区膨胀土的应力-应变关系有显著影响。在18.2%～24.2%的含水率范围内,压实膨胀土的应力-应变曲线形态在试样含水率不超过最优含水率时均表现为应变软化,其破坏形式均为脆性破坏;而当含水率超过最优含水率时,随着冻融循环作用次数、含水率及围压的增大,压实膨胀土的应力-应变曲线形态从应变软化逐渐向应变硬化发展,其破坏形式从脆性破坏逐渐向塑性破坏发展。(4)压实膨胀土的弹性模量、抗剪强度和破坏强度均随着冻融循环作用次数增加而减小,且均在经历多次冻融循环作用之后基本趋于稳定;随着含水率增大,弹性模量、抗剪强度和破坏强度均急剧减小;随着围压增大,相同含水率试样的弹性模量与围压之间没有表现出明显的规律性,而抗剪强度随着围压的增大而增大,且其增幅随含水率增大而逐渐减小。(5)考虑冻融循环作用和含水率对季冻区膨胀土破坏强度的影响,构建了考虑单个因素影响的二维预测模型及双因素交互作用影响的三维预测模型,并通过试验结果与预测结果的比较验证了预测模型的可靠性和合理性。