不同荷载条件下冻土融化沉降过程试验研究

黄永庭， 马 巍， 何鹏飞，3， 栗晓林，4

（1.中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州730000；2.中国科学院大学，北京100049；3.兰州理工大学理学院，甘肃兰州730050；4.嘉兴学院建筑工程学院，浙江嘉兴314001）

0 引言

在多年冻土区，工程构筑物的修筑与运营，势必改变下伏多年冻土的局部赋存环境，进而打破地基土体原有的水热收支平衡［1-5］。由此可引发包括活动层厚度增加、多年冻土升温、融化夹层发育等多年冻土退化过程，并伴随地表的不均匀沉降变形，进而威胁到工程构筑物的长期稳定性和安全运营。已有工程实践表明，融沉是引发多年冻土区工程病害的主要因素［6］。因此开展融沉变形及其发展过程的研究，对于多年冻土区工程建设和安全运营至关重要。

关于冻土融化沉降变形的研究，最早认为融化沉降变形主要包括融沉与压缩变形两部分［7］，其中融沉主要采用传统经验方法进行预测。经验方法包括干密度法［8-9］、含水率法［10］、孔隙率-含水率法［11］等，但是这些方法只能预测与压力无关的融沉，忽略了融化沉降的时间变化特征及其与孔隙水压力消散的密切联系。基于此，大量的研究人员建立了融化固结理论。Morgenstern等［12］基于Terzaghi固结理论，结合Carslaw和Jaeger提出的融化锋面的移动方程［13］，得到了变边界一维融化固结理论，但是该理论所采用的融化边界方程仅适用于恒定温度边界。Sykes等［14-15］利用Biot三维固结理论，结合热传导方程给出了三维小变形融化固结理论。但是由于Biot固结理论的限制，该理论仅限于小变形的情况。……